变流器通过对双馈异步风力发电机的转子进行励磁，使得双馈发电机的定子侧输出电压的幅值、频率和相位与电网相同，并且可根据需要进行有功和无功的独立解耦控制。

变流器控制双馈异步风力发电机实现软并网，减小并网冲击电流对电机和电网造成的不利影响。

变流器提供多种通信接口，如Profibus, CANopen等（可根据用户要求扩展），用户可通过这些接口方便的实现变流器与系统控制器及风场远程监控系统的集成控制。

变流器配电系统提供雷击、过流、过压、过温等保护功能。

变流器提供实时监控功能，用户可以实时监控风机变流器运行状态。

变流器可根据海拔进行特殊设计，可以按客户定制实现低温、高温、防尘、防盐雾等运行要求。

变流器采用三相电压型交-直-交双向变流器技术，核心控制采用具有快速浮点运算能力的“双DSP的全数字化控制器”；在发电机的转子侧变流器实现定子磁场定向矢量控制策略，电网侧变流器实现电网电压定向矢量控制策略；系统具有输入输出功率因数可调、自动软并网和最大功率点跟踪控制功能。功率模块采用高开关频率的IGBT功率器件，保证良好的输出波形。这种整流逆变装置具有结构简单、谐波含量少等优点，可以明显地改善双馈异步发电机的运行状态和输出电能质量。这种电压型交-直-交变流器的双馈异步发电机励磁控制系统，实现了基于风机最大功率点跟踪的发电机有功和无功的解耦控制，是双馈异步风力发电机组的一个代表方向。

变流器工作原理框图如所示：

变流器由主电路系统、配电系统以及控制系统构成。包括定子并网开关、整流模块、逆变模块、输入/输出滤波器、IGBT、PLC、JCE1000-AXS电流传感器、风机、有源Crowbar电路、控制器、监控界面等部件。

变流器主回路系统包含如下几个基本单元：

转子侧逆变器、直流母线单元、电网侧整流器。

原理图如下：

配电系统由并网接触器、主断路器、继电器、变压器等组成，自身集成有并网控制系统，用户无须再配置并网柜，提高了系统集成度，节约了机舱空间，柜中还可提供现场调试的220V电源。

控制系统由高速数字信号处理器（DSP）、人机操作界面和可编程逻辑控制器（PLC）共同构成。整个控制系统配备不间断电源（UPS），便于电压跌落时系统具有不间断运行能力。

上述各功能分配到控制柜、功率柜、并网柜中：

控制柜：控制柜主要对采集回的各种模拟数字信号进行分析,发出控制指令,控制变流器的运行状态

控制柜主要由主控箱、PLC、滤波器、电源模块等组成。

功率柜：主要负责转子滑差能量的传递。

功率柜主要由功率模块、IGBT、PLC、JCE1005-FS电流传感器、风机、有源Crowbar等构成。

并网柜：主要用于变流器与发电机系统和电网连接控制、一些控制信号的采集以及二次回路的配置。

并网柜主要由断路器、接触器、信号采集元件、UPS、加热器、信号接口部分等构成。

变流器控制结构框图如下：

风电变流器可以优化风力发电系统的运行，实现宽风速范围内的变速恒频发电，改善风机效率和传输链的工作状况，减少发电机损耗，提高运行效率，提升风能利用率。

风电变流器具有以下一些特点：

² 优异的控制性能

² 完备的保护功能

² 良好的电网适应能力

² 具备高可靠性，适应高低温、高海拔等恶劣地区运行

² 模块化设计，组合式结构，安装维护便捷

据《中国风电变流器市场研究报告》数据显示2010年全球风能产业创造产值近400亿欧元(550亿美元)，而2009年同期数据为500亿欧元(700亿美元)。2010年全球风能产业产值的下降同风力发电费用下降、风能产业向中国转移有关。2010年中国成为风能装机容量最大的国家，并成为国际风能产业的中心，中国在全球风能市场比重超过50%。

在海上风能发电方面，中国2010年在上海附近外海建立了第二个主要海上风场，装机容量达到100MW。相比中国总风能装机容量，海上风能在中国依然微不足道(其新增装机容量仅占总新增装机容量的0.5%)。在低增长、中度增长和高速增长三种情境下，中国的风电装机容量将在2020年分别达到1亿kW，1.5亿kW和2亿kW的规模。与此同时，风电在总能源消费中的比重将分别达到1.6%、2.5%和3.3%。

我国风电装机容量的快速增长为我国风电变流器产业的发展提供了强大动力。2009年，我国风电变流器的市场容量为60亿元。其中，直驱风机对于全功率变频器的需求为2202MW，市场容量为14亿元;双馈装机新增容量对双馈变流器的市场需求为11608MW，市场容量为46亿元。2010年，直驱风机对于全功率变流器的需求量在3230MW左右，市场容量约为19亿元;双馈风机对于双馈变流器的需求量在9770MW左右，市场容量约为35亿元。2010年，我国风电变流器市场总容量约为55亿元。

2009年，我国兆瓦级风电变流器约为3000套，多数企业生产的变流器主要为1.5MW级。已经形成1.5MW产能的企业主要有清能华福，科诺伟业，阳光电源，禾望电气，南车时代等，但2010年仍然以小批量生产为主。从规划产能来看，主要国内企业将会在2011年形成总量4000台以上的生产能力。2011年，阳光电源、禾望电气和南车时代各自的产能有望达到1000台风电变流器。

2015年，航天一院18所自主研发的风电变流器完成低电压穿越试验。此次低电压穿越试验的成功，标志着我国已经自主掌握了风电变流器的核心技术和关键算法。

大功率并网风电变流器状态监测技术变流器状态监测概述

状态监测是在不干扰系统正常运行的前提下，提取反映系统健康状况信息的一个过程。状态监测技术已经在电机驭动、发电以及电能传输等系统或部件的健康状况监测领域得到了广泛应用。然而对于电力电子器件，特别是半导体功率器件，早期人们认为器件只有失效和运行两种状态，这种大多数工程师所认可的布尔式观点阻碍了人们对电力电子器件完全失效前其老化机制的深层次理解，因此反映其健康程度的状态监测技术一直停滞不前。目前很多工程师和设计师常常优先选择压接封装技术以及含故障容错与内置冗余等的可靠性改进方法，而把状态监测作为一个备选项而忽略，这种做法不能实现系统的监控运行，也不具备早期检测和故障预警的能力。而实际上，风电变流器状态监测可通过对变流器装置的运行状态进行监测，进而判断器件及装置的健康水平，并对变流器功率模块所呈现的器件健康状况进行评估，为风机变流器的运行维护和状态检修提供依据，是监测和预防风电机组灾难性故障的重要手段之一。

工程实用的状态监测技术主要通过获取表征当前系统健康状态的特征信号，进而评估系统剩余寿命，以便在正常运行管理中提供有效的信息决策和优化检修。电力电子器件老化通常伴随着功率损耗的增加以及热量的累积，如果此时仍然保持之前的运行状态且老化进程未得到很好的抑制，那么其热疲劳应力将逐步增大。实验结果表明，功率器件的内部热阻增加20%可作为功率模块基木失效的依据之一。此外，还可从开关边沿、导通电压等电气特征量的改变来监测其随老化程度的动态改变。其中，导通电压表征了器件各层材料及层与层之间接口的物理特性;由于器件老化，内部热阻增加后，其结温的增加会导致关断卜降沿的变缓及功率损耗的增加。卜而对变流器状态监测特征量以及状态监测流程进行分析。

大功率并网风电变流器状态监测技术变流器状态监测特征量

针对变流器较为微弱的特征量，现有文献陆续提出了一些器件级的监测方法。然而，在一些高开关频率工况及复杂噪声环境卜，采用变流器功率模块内部的传感器仍然很难监测到这些微弱的特征量信号，因此，利用与器件级监测相同的传感器来保护、控制和进行常规监测为主的部件级状态监测方法也在不断发展中。

除电信号特征量之外，在运行过程中变流器功率模块温度监测值也可作为提取器件状态的重要特征量。虽然目前直接在线测量功率器件的结温仍然是不可行的，但是由于结温影响功率模块内部损耗，因此其表征运行状态的温度信号可从外部数据间接获得。此外，温度监测量不仅依赖风机当前的运行工况，还和其历史运行数据有关，而模块热阻的变化可以表征功率模块的老化程度。

大功率并网风电变流器状态监测技术风电变流器状态监测方法

目前风电变流器IGBT模块状态监测通常采用数据驭动和基于物理模型的方法。其中，数据驭动包含基于器件端部特性和基于传感器信号的状态监测方法。

基于器件端部特性状态监测技术的原理是由于IGBT的端部特性与其失效程度紧密相关，随着功率循环次数的增加，因热膨胀系数不匹配产生的热应力将会导致引线、焊层疲劳老化，其表现在端部特性的变化即是IGBT的通态压降逐渐增大。有文献在电热加载实验的基础上，研究了IGBT功率循环前后其栅极阀电压、跨导及通态压降随温度变化的特性，实验结果表明:栅极阀电压、跨导和导通压降这三个电参数可作为IGBT模块的状态监测特征参量。然而，由于功率器件端部信号变化微弱以及易受到其他可能因素(如温度变化)的影响，加之其不易于实现在线测量，因此，仅仅依赖于器件端部特性的IGBT模块状态监测方法在实际应用中仍然存在一定的困难。

考虑所捕获的特征量信号强度和部件老化程度之间的重要关联，有必要基于模型预测方法，通过一种刻度进程方式来表征模块失效前的剩余寿命，从而实现风电机组变流器更为准确的状态监测。例如将变流器状态监测和风机/风电场级SCADA系统有机结合起来，为风电变流器IGBT模块状态监测提供了一种新思路。此外，将依赖状态监测特征量的模型方法和对特征数据趋势进行评估的数据驭动方法结合起来，可以进一步提高功率模块的健康状况评估有效性 。