變流系統(tǒng)培訓

1、變流系統(tǒng)培訓變流系統(tǒng)培訓一、變流系統(tǒng)硬件結構框圖一、變流系統(tǒng)硬件結構框圖 1.5 兆瓦直驅(qū)發(fā)電機 整流單元 主斷路器 充電電路 斬波升壓 變流控制器 電機電容 逆變單元制動單元 放電電路濾波電容支撐電容二、變流系統(tǒng)工作原理及工作過程二、變流系統(tǒng)工作原理及工作過程 發(fā)電機發(fā)出的交流電，此交流電的電壓和頻率都很不穩(wěn)定，隨葉輪轉(zhuǎn)速變化而變化；經(jīng)過整流單元整流，變換成直流電，再經(jīng)過斬波升壓，使電壓升高到正負600V，送到直流母排上；再通過逆變單元，把直流電逆變成能夠和電網(wǎng)相匹配的形式送入電網(wǎng)。 需要解釋以下幾點：需要解釋以下幾點： 1、在閉合主斷路器之前，需要給直流母排進行預充電，因為直流母排上帶有大

2、容量電容器，若不預充電，則在閉合主斷路器時會對系統(tǒng)造成很大的電流沖擊。 2、放電電路是在停機后用來給直流母排放電的，其實就是給連在直流母排上的電容器泄放電荷。 3、當直流母線上的電壓過高時，制動單元工作，釋放直流母線上過多的能量，維持母線電壓。 三、三、Verteco變流系統(tǒng)主拓撲結構變流系統(tǒng)主拓撲結構 該變流器采用了主動整流的方式來控制發(fā)電機以及和電網(wǎng)并網(wǎng)。其控制方式為分布式控制，這種方式和它的主電路拓撲結構相對應。 即網(wǎng)側(cè)和發(fā)電機側(cè)各有獨立的控制器，以一個控制器為主要控制器，通過控制器之間的聯(lián)系進行相互信息交換和控制。變流器系統(tǒng)主拓撲結構 圖中可以看到，網(wǎng)側(cè)功率模塊為1U1，而發(fā)電機側(cè)有兩

3、個功率模塊：2U1 和3U1。這是和發(fā)電機兩套繞組相的結構相對應的。 圖中的4U1 和5U1 為用于制動的功率模塊。采用兩個功率模塊的原因是單個模塊的電流容量有限。在最新的系統(tǒng)中，這兩個模塊已經(jīng)被一個大容量模塊所代替。 這里，網(wǎng)側(cè)變流器的作用是將發(fā)電機發(fā)出的能量轉(zhuǎn)換為電網(wǎng)能夠接受的形式并傳送到電網(wǎng)上。 而發(fā)電機側(cè)功率模塊則是將發(fā)電機發(fā)出的電能轉(zhuǎn)換為直流有功傳送到直流母線上。 制動功率模塊則是在當某種原因使得直流母線上的能量無法正常向電網(wǎng)傳遞時將多余的能量在電阻上通過發(fā)熱消耗掉，以避免直流母線電壓過高造成器件的損壞。四、變流系統(tǒng)控制框圖四、變流系統(tǒng)控制框圖 1 U 12 U 13 U 11 U

4、12 U 13 U 14 U 14 U 15 U 15 U 1 變流柜中采用的功率模塊都是VACON公司生產(chǎn)的通用變頻器。這里所說的控制器也是VACON公司為變頻器所配的控制器。這些控制器和功率模塊一一對應，相互之間通過光纖/CAN總線互連。 從硬件上看，這些控制器的基本配置一致，從控制角度看，1U1 的控制器是變流器主要的控制核心，通過它變流器完成和WTC之間的信息和命令交互，同時完成對其他控制器的操作。 可以看到，1U1 和2U1 及3U1之間通過光纖和CAN總線連接，而4U1/5U1 之間及與其他控制器的連接通過CAN總線實現(xiàn)，這是因為1U1/2U1/3U1之間需要高速通訊以滿足系統(tǒng)正常

5、運行所需，而制動功率模塊的相應時間可以慢一些。五、網(wǎng)側(cè)控制原理五、網(wǎng)側(cè)控制原理 網(wǎng)側(cè)功率單元的作用是將直流母線上的直流有功功率轉(zhuǎn)換為50Hz交流有功功率傳送到電網(wǎng)上。其控制對象為直流母線電壓。其控制原理框圖為： 網(wǎng)側(cè)功率模塊控制原理框圖 從圖中可以看到，網(wǎng)側(cè)功率模塊控制對象有電網(wǎng)電壓和直流母線電壓。這兩個控制對象本質(zhì)上分別代表網(wǎng)側(cè)無功功率和有功功率。 一般來說，當網(wǎng)側(cè)電壓上升時，需要網(wǎng)側(cè)模塊提供感性無功；而當網(wǎng)側(cè)電壓下降時則需要提供容性無功。 其中電網(wǎng)電壓為可選項，實際系統(tǒng)中并沒有這個功能，而以WTC給出的無功功率指令代替。根據(jù)這個無功指令，考慮到電網(wǎng)電壓波動有限，則可以直接得到這個無功對應的

6、無功電流，如下式所示：sdrefUQI式中Idref為無功電流，Q為無功給定，Us為電網(wǎng)電壓。 根據(jù)電網(wǎng)電壓也可以產(chǎn)生無功輸出給定，但在目前的系統(tǒng)中并沒有實現(xiàn)這一功能。 有功功率是由發(fā)電機提供的，發(fā)電機發(fā)出的有功功率通過發(fā)電機側(cè)功率模塊轉(zhuǎn)化為直流有功輸送到直流母線上。 而網(wǎng)側(cè)功率模塊則將直流母線上的有功轉(zhuǎn)換為交流有功輸送到電網(wǎng)上。 當直流母線上輸入有功功率增加到大于通過網(wǎng)側(cè)模塊輸送到電網(wǎng)上的有功時，將導致直流母線電壓上升；而當直流輸入有功功率下降到小于輸送到電網(wǎng)的有功時，直流母線電壓會下降。 也就是說，直流母線電壓的變化直接反應了發(fā)電機發(fā)出的功率的變化。網(wǎng)側(cè)功率模塊通過監(jiān)測直流母線電壓的波動，

7、就可以得到輸出有功電流的大小。六、電機側(cè)控制原理六、電機側(cè)控制原理 發(fā)電機側(cè)功率模塊控制原理框圖 從圖中可以看到這里只給出了一套繞組對應的功率模塊的控制框圖。這是由于兩套繞組在控制原理上是一致的，只是在控制的相位上有一定偏差，所以這里只需要給出一套繞組對應的功率模塊控制框圖。 另外，圖中光電碼盤在實際系統(tǒng)中是不存在的，實際上采用的是無速度矢量控制原理。通過這一控制方式，可以得到轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速，從而得到轉(zhuǎn)子磁場位置角r。通過VACON公司的核心算法，可以從電機電樞電流及電機參數(shù)推導得到轉(zhuǎn)子磁場的旋轉(zhuǎn)速度。 從框圖上可以看到這里采用的是直接轉(zhuǎn)子磁場定向控制。 首先根據(jù)檢測得到的轉(zhuǎn)子磁場的旋轉(zhuǎn)速度，積分得

8、到轉(zhuǎn)子磁場位置角r。根據(jù)這個位置角r，對檢測得到的發(fā)電機定子電流進行三相靜止坐標系到兩相同步旋轉(zhuǎn)坐標系的變換，得到轉(zhuǎn)矩電流分量iq和勵磁電流分量id。這兩個量作為電流閉環(huán)控制的反饋量。 轉(zhuǎn)矩電流的參考給定有兩個來源：（1）由轉(zhuǎn)速參考給定與檢測得到的轉(zhuǎn)子速度進行比較，然后經(jīng)過PI調(diào)節(jié)器得到轉(zhuǎn)矩電流給定。（2）根據(jù)轉(zhuǎn)矩給定直接得到轉(zhuǎn)矩電流給定。 勵磁電流的參考給定則比較復雜。首先根據(jù)直流母線電壓推算出對應的定子最大端電壓，將這個電壓和前饋電壓值比較，將其中較小者作為機端電壓最大值。再將這個結果和電壓給定進行比較，再經(jīng)過磁場控制器得到勵磁電流給定。 注意，這里雖然用PI調(diào)節(jié)器的符號表示磁場控制器，但

9、實際上與一般的PI調(diào)節(jié)器是有一定區(qū)別的。 在得到勵磁電流/轉(zhuǎn)矩電流的給定和反饋之后，通過電流調(diào)節(jié)器可以得到轉(zhuǎn)矩電壓/勵磁電壓的參考給定值Udref/Uqref。 再根據(jù)轉(zhuǎn)子磁場位置角r，對這兩個給定進行兩相同步旋轉(zhuǎn)坐標系到三相靜止坐標系的變換，得到發(fā)電機機端三相電壓的給定。根據(jù)這三相給定，PWM模塊給出功率器件的驅(qū)動脈沖。 七、七、Verteco變流系統(tǒng)和主控的聯(lián)系變流系統(tǒng)和主控的聯(lián)系 1、主電纜 （1）變流系統(tǒng)電源電纜， 400VAC，56mm2； （2）變流系統(tǒng)UPS電源電纜， 230VAC 32.5mm2； （3）電流互感器電纜， 400VAC 42.5mm2。 2、控制和通信電纜 （1

10、）Profibus DP通信電纜，485電平； （2）控制線，24VDC 10 x1mm2。2.1 控制和通訊信號 （a）主控到變流的DP信號 （b）變流到主控的DP信號 （c）硬件控制線的控制信號 2.1.1 主控到變流的DP信號 主控制字：CW，用于控制變流系統(tǒng)的啟動和停止； 轉(zhuǎn)矩參考值：REF1，為發(fā)電機側(cè)變流器提供參考轉(zhuǎn)矩； 無功功率參考值：PD1，為網(wǎng)側(cè)變流器提供無功功率參考值。 2.1.2 變流到主控的DP信號 主狀態(tài)字：SW，網(wǎng)側(cè)和發(fā)電機 側(cè)變 流器的主狀態(tài)字； 轉(zhuǎn)矩：ACT，以百分比的形式提 供發(fā)電機實際轉(zhuǎn)矩； 轉(zhuǎn)速：PD1，發(fā)電機實際轉(zhuǎn)速； 主電壓：PD2，輸入電壓； 有功功率：PD3，網(wǎng)側(cè)變流