變頻器和Crowbar

1、華銳風(fēng)電科技（集團(tuán)）股份有限公司變頻器3:22:331目目 錄錄 變頻器基礎(chǔ)知識(shí)變頻器基礎(chǔ)知識(shí) PM1000變頻器變頻器 PM3000變頻器變頻器 AMSC變頻器在雙饋風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)中的應(yīng)用變頻器在雙饋風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)中的應(yīng)用3:22:332第 一 章 變 頻 器 基 礎(chǔ) 知 識(shí)第 一 章 變 頻 器 基 礎(chǔ) 知 識(shí)3:22:333變頻器的定義與應(yīng)用變頻器是利用電力半導(dǎo)體器件的通斷作用將工頻電源變換為另一頻率的電能控制裝置太陽(yáng)能及風(fēng)力發(fā)電，高壓直流輸電，電動(dòng)機(jī)車、艦船、電動(dòng)汽車等節(jié)能綠色交通工具，各類電動(dòng)機(jī)(異步、同步、繞線、變頻、無(wú)刷、開關(guān)磁阻等)3:22:334變頻器的功率元件IGBT (Ins

2、ulated Gate Bipolar Transistor絕緣柵雙極型晶體管)3:22:3353:22:346 晶體管類（晶閘管）都是不能被控制關(guān)斷的器件。 電力電子中的電力二極管和電力晶閘管屬于半控型器件，如果用于整流用六個(gè)二極管構(gòu)成一個(gè)整流橋堆，由于導(dǎo)通相角不可以被控制，實(shí)際上是不可關(guān)斷的。 但是IGBT是全控設(shè)備，可以任意控制導(dǎo)通角，控制關(guān)斷和開通，這樣輸出特性可以被任意調(diào)整。 此外IGBT與晶閘管的原理、材料和工藝也不相同,工作原理、反應(yīng)時(shí)間、能耗、壽命都不完全相同3:22:347 變頻器硬件電路圖 二極管整流諧波較大，整流電壓不可調(diào)，價(jià)格便宜。 IGBT整流諧波較小，整流電壓可調(diào)，

3、價(jià)格昂貴。變頻器的功率模塊IGBT (Insulated Gate Bipolar Transistor絕緣柵雙極型晶體管)3:22:348變頻器的分類根據(jù)變流環(huán)節(jié)不同分類：交-直-交變頻器交-交變頻器根據(jù)直流電路的儲(chǔ)能環(huán)節(jié)（濾波方式）分類：電壓型變頻器電流型變頻器根據(jù)電壓的調(diào)制方式分類：脈寬調(diào)制（PWM）變頻器 脈幅調(diào)制（PAM）變頻器按照工作原理分類：可以分為V/f控制變頻器、轉(zhuǎn)差頻率控制變頻器和矢量控制變頻器等按其供電電壓分類：低壓變頻器 ( 110V 220V 380V ) 、中壓變頻器 ( 500V660V 1140V ) 和高壓變頻器 ( 3KV 3.3KV 6KV 6.6KV 1

4、0KV )。 3:22:349變頻器的控制方式 U/f=C的正弦脈寬調(diào)制(SPWM)控制方式： 控制電路結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、成本較低，輸出電壓較低，轉(zhuǎn)矩受定子電阻壓降的影響比較顯著 電壓空間矢量(SVPWM)控制方式 以逼近電機(jī)氣隙的理想圓形旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)軌跡為目的，沒(méi)有引入轉(zhuǎn)矩的調(diào)節(jié) 矢量控制(VC)方式 三相二相變換，實(shí)現(xiàn)正交或解耦控制，具有劃時(shí)代的意義 直接轉(zhuǎn)矩控制(DTC)方式 簡(jiǎn)潔明了的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)、優(yōu)良的動(dòng)靜態(tài)性能 矩陣式交-交控制方式：該技術(shù)目前雖尚未成熟，處于研究階段3:22:3410交-直-交變頻器逆變整流電源3:22:34113:22:3412第 二 章第 二 章 P M 1 0 0 0 變

5、頻 器變 頻 器PM1000模塊化設(shè)計(jì)3:22:3413PM1000是什么？ 電源轉(zhuǎn)換器架構(gòu)包括印刷電路板（PCB）設(shè)計(jì)，配有一流的IGBT、控制算法和空氣或液體冷卻。嵌入式控制器和特定應(yīng)用的接口板的集成，以及模塊化且可升級(jí)的電極設(shè)計(jì)，提供了無(wú)與倫比的多功能性-使PM1000轉(zhuǎn)換器成為工業(yè)和電源轉(zhuǎn)換應(yīng)用的理想選擇?？纱泻?或并行配置多個(gè)PM1000轉(zhuǎn)換器，從而構(gòu)成更高電壓和更大額定功率的轉(zhuǎn)換器和系統(tǒng)。 的固有架構(gòu)能夠?yàn)榭焖倥渲眯碌膽?yīng)用硬件和軟件。用戶可自設(shè)參數(shù)使之能夠達(dá)到用戶所需的性能并且能夠?qū)崟r(shí)轉(zhuǎn)換3:22:3414PM1000功率模塊IGBT的二極管檢查：用萬(wàn)用表的蜂鳴檔，所有的電極到直

6、流母排正極應(yīng)該是有一個(gè)二極管管壓降,直流母排正極到所有的電極是無(wú)窮大的.所有電極到直流母排負(fù)極正好相反 ，短路說(shuō)明IGBT被擊穿，斷路說(shuō)明IGBT被燒斷3:22:3415模塊組裝范例（LSC)數(shù)字輸入輸出雙數(shù)字信號(hào)處理器光纖通訊母線非電解電容門極驅(qū)動(dòng)器少內(nèi)部連接備用電源單獨(dú)水冷回路3:22:3516內(nèi)部控制板的組成、功能 變頻器系統(tǒng)PM1000 PowerModulePower PCB Power switchingCurrent sensing shuntIGBT module temperature sensingInterface PCBGate driversGate drive &a

7、mp; current sensingpower suppliesCurrent feedback isolationOutput voltage feedbackIGBT module temp. sensor signal conditioningControl PCBDSP based control softwareCPLD signal routing & control logicOver current fault detection & latchDesaturation fault detection & latchHigh DC bus trip &

8、amp; latchGeneral purpose diff amps & filtersCurrent feedback diff amps & filtersI/O buffers to DSPHeat sink temperature monitorsInternal temperature monitorExternal Power Supply24 to 48 volt power supplyPower SupplyDC bus to 48 volt power supplyDC bus voltage sensing48 to 15 volt power supp

9、lyASIM PCB15 to 5 volt power supply (main)DFIG Interface PCBGrid or stator voltage feedbackEncoder interfaceRelay output PM1000 特性特性 控制特性-雙DSP PWM控制-3kHz PWM脈寬調(diào)制-CPLD硬件保護(hù)和信號(hào)通道-多路運(yùn)算開關(guān)-數(shù)字信號(hào)輸入輸出 硬件保護(hù)-過(guò)電流-超溫-IGBT 過(guò)飽和-母線過(guò)電壓-電源監(jiān)視3:22:3518PM1000 技術(shù)規(guī)格3:22:3519 系統(tǒng)功率：1500 kW 額定電壓：690 VAC， 10% 電源頻率：50 Hz， 2Hz

10、連接電壓：1000-1100 VDC 轉(zhuǎn)子最高有效電壓：700 VAC 操作頻率：3 kHz 變頻器系統(tǒng)PM1000變頻器主要技術(shù)參數(shù) 功率因數(shù)：容性0.95感性0.90 滑差范圍：30%(滑差就是發(fā)電機(jī)電壓和系統(tǒng)電壓頻率的差（頻差），發(fā)電機(jī)并網(wǎng)時(shí),要求滑差應(yīng)小于允許值。) 電壓不對(duì)稱度：2%(程序內(nèi)極限差20VAC) 電流不對(duì)稱度：10%變頻器系統(tǒng)3:22:35223:22:3523 發(fā)電機(jī)側(cè)變頻器與發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子相連。 功率容量上，兩倍于網(wǎng)側(cè)變頻器。 軟件上，發(fā)電機(jī)側(cè)變頻器采用矢量控制，接受來(lái)自發(fā)電機(jī)的速度反饋并進(jìn)行解藕。 控制兩個(gè)量： 發(fā)電機(jī)的力矩 發(fā)電機(jī)的無(wú)功功率。3:22:3524 網(wǎng)側(cè)

11、變頻器與電網(wǎng)連接。 軟件上，電網(wǎng)側(cè)變頻器控制兩個(gè)量： 直流母線電壓 發(fā)電機(jī)無(wú)功功率網(wǎng)側(cè)變頻器與電機(jī)側(cè)變頻器的功能網(wǎng)側(cè)變頻器 ：控制直流母排電壓 預(yù)充電 網(wǎng)側(cè)電壓同步檢測(cè) 電網(wǎng)電壓測(cè)量 電機(jī)側(cè)變頻器： 發(fā)電機(jī)扭矩控制 功率因數(shù)控制 發(fā)電機(jī)定子電壓控制 發(fā)電機(jī)速度檢測(cè)觸發(fā)crowbar3:22:3525PM1000 一次接線示意圖3:22:3526PM1000 外部接線圖3:22:3527PM1000 通訊結(jié)構(gòu)圖EthernetEthernetSwitchMasterCAN Spiderelectric / optical interface07WT98MASTERI/OEthernet (fib

12、re optics)Line side PowerConverterGenerator sidePower ConverterN A C E L L ECAN 1MBEthernet /CANCAN 2A (fibre optics)DisplayRS 232EthernetCAN 1MBEthernet3:22:35283:22:3629第 三 章第 三 章 P M 3 0 0 0 變 頻 器變 頻 器3:22:3630PM3000技術(shù)規(guī)格PM3000 控制特點(diǎn)：1.雙DSP(80MHz)，集成PWM控制；2.3kHzPWM；3.利用CPLD作為硬件保護(hù)和信號(hào)處理；4.集成多種運(yùn)行模式；5.

13、豐富的數(shù)字量I/O口；硬件保護(hù)：1.過(guò)流；2.過(guò)溫；3.IGBT Desaturation；4.直流母線過(guò)壓；5.電源監(jiān)測(cè)；PM3000 外觀圖功能：1.發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)矩控制；2.功率因數(shù)調(diào)節(jié)；3.發(fā)電機(jī)同步；4.發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)速監(jiān)測(cè)；5.Crowbar控制。特點(diǎn)：1.風(fēng)機(jī)專用變頻器；2.集成的直流母線電壓動(dòng)態(tài)控制；3.AC/AC雙向變換；4.熱和機(jī)械加強(qiáng)的IGBT；5.滑入式安裝。3:22:3633PM3000外觀PM3000 實(shí)物結(jié)構(gòu)PM3000 實(shí)物結(jié)構(gòu)3:22:36363:22:36373:22:36383:22:3639 IGBT: FS450R17KE4, 1700V, 450A, IGBT4

14、 technology LSC: Three IGBTs paralleled for each phase, 1350A GSC: same as LSC, 1350A for each phase DC Bus capacitor 4320uF (270uF x 16) Nominal DC bus voltage 1150V Switching frequency 3kHz DBR is available (not for retrofit unit) Control circuitry is referenced to ground變頻器的功率模塊3:22:3640 LSC, GSC

15、集成式的背靠背設(shè)計(jì) 內(nèi)置的Dynamic Breaking Resistor (DBR)提高對(duì)電網(wǎng)波動(dòng)的調(diào)節(jié)能力PM3000拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)3:22:3641PM3000信號(hào)傳輸途徑3:22:3642 CAN總線結(jié)構(gòu)DSPBDSPALSCDSPBDSPAPLC 5 ms(1) 5 ms(2) 40 ms(3)10 ms (5) 10 ms (4) GSC333 s (7) on demand(6)15ms (11)5 ms (8)15 ms (9)on demand (10)on demand (12)PM3000 ASIM board3:22:3643Control word:0: Handshak

16、e bit plc - converter 1: Run line side converter2: Run generator side converter3: Reserve4: Reset converter5: pre-charge contactor feedback: 1: closed, 0: open6: enable test mode for converter7: start test mode8: commissioning control bit09: commissioning control bit110: commissioning control bit211

17、: Test mode bit012: Test mode bit113: Test mode bit214: Test mode bit315: Test mode bit42) demanded value of rotor Id (for active power)3) demanded value of rotor Iq (for reactive power)4) demanded value of LSC reactive currentPM3000-PLC發(fā)送給變頻器的指令3:22:3644PM3000接線 第四章第四章AMSC變頻器在雙饋風(fēng)變頻器在雙饋風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)中的應(yīng)用力發(fā)電

18、系統(tǒng)中的應(yīng)用3:22:3645風(fēng)力發(fā)電主流技術(shù) 雙饋發(fā)電機(jī) 永磁直驅(qū)同步發(fā)電機(jī)3:22:3646直驅(qū)風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)93.2% 轉(zhuǎn)化率100% 變頻器 發(fā)電機(jī)4.0%2.8% 損耗 損耗3:22:3647雙饋發(fā)電系統(tǒng)77.8%100%19.4%0.8% 損耗變頻器18.6%96.4% Netz2.8%損耗發(fā)電機(jī)3:22:3748直驅(qū)與雙饋的比較雙饋的優(yōu)點(diǎn) 風(fēng)機(jī)容量大 低損耗 變速 高效率 低成本 良好的電功率因數(shù) 有功和無(wú)功功率的控制3:22:3749雙饋發(fā)電系統(tǒng)3:22:3750SL1500一次接線圖3:22:3751+NCC3x0 機(jī)艙柜+NCC3x0機(jī)艙柜機(jī)艙柜+NCC300690VAC 電

19、源回路變壓器 定子接觸器 定子 網(wǎng)側(cè)熔斷器 雷電保護(hù)400VAC 電源 偏航變頻器和馬達(dá) 泵,風(fēng)扇+NCC310控制系統(tǒng) PLC , 控制面板 繼電器 開關(guān)UPS 系統(tǒng) 電池 供電電源+NCC320變頻柜 網(wǎng)側(cè)變頻器 電機(jī)側(cè)變頻器 電感 Crowbar 濾波 高頻濾波3MW變頻器柜變頻器控制原理圖3:22:3754變頻器運(yùn)行狀態(tài)圖3:22:37553:22:37563:22:3757雙饋風(fēng)機(jī)的啟動(dòng)預(yù)充電3:22:3758雙饋風(fēng)機(jī)的啟動(dòng)網(wǎng)側(cè)變頻器同步3:22:3759雙饋風(fēng)機(jī)的啟動(dòng)閉合網(wǎng)側(cè)開關(guān)3:22:3760雙饋風(fēng)機(jī)的啟動(dòng)啟動(dòng)機(jī)側(cè)變頻器3:22:3761雙饋風(fēng)機(jī)的啟動(dòng)發(fā)電機(jī)同步3:22:376

20、2雙饋風(fēng)機(jī)的啟動(dòng)發(fā)電機(jī)并網(wǎng)3:22:37633:2264并網(wǎng)過(guò)程演示3:22:3765PM3000-網(wǎng)側(cè)變頻器并網(wǎng)波形圖3:22:3766PM3000-網(wǎng)側(cè)變頻器并網(wǎng)波形圖3:22:3767PM3000-機(jī)側(cè)變頻器同步波形圖LSC current and DC bus voltageTime (sec)2.12.122.142.162.182.22.222.242.262.282.3-1001003005007009001100GSC currentTime (sec)2.12.122.142.162.182.22.222.242.262.282.3-200-150-100-500501001

21、50Line and stator voltageTime (sec)2.12.122.142.162.182.22.222.242.262.282.3-1000-5000500100015003:22:3968PM3000-發(fā)電機(jī)定子并網(wǎng)波形圖3:22:3969PM3000-發(fā)電機(jī)加速GSC電流3:22:3970PM3000-1.5MW滿功率運(yùn)行波形雙饋風(fēng)機(jī)的能量流動(dòng)同步轉(zhuǎn)速以上3:22:3971雙饋風(fēng)機(jī)的能量流動(dòng)同步轉(zhuǎn)速以下3:22:3972crowbar 過(guò)電壓保護(hù) 保護(hù)直流母線軟件設(shè)置觸發(fā)值PM1000為1175VPM3000為1350V3:22:3973硬件限值PM1000為1200

22、VPM3000為1400VCrowbar保護(hù)直流母線3:22:3974crowbar3:22:3975crowbar直流母線電壓上升3:22:3976Crowbar觸發(fā)Crowbar3:22:3977Crowbar短路電機(jī)轉(zhuǎn)子繞組3:22:39783:22:3979LVRT什么是LVRT3:22:3980LVRT實(shí)際的電壓跌落3:22:3981LVRT各國(guó)的LVRT要求3:22:3982PM1000 手動(dòng)操作說(shuō)明3:22:3983PM1000手動(dòng)測(cè)試流程圖demanded state = -2: crowbar testConManCrodemanded state = -1: overspe

23、ed relay openConManSafdemanded state = 0: Manual mode offConManOffdemanded state = 3: Activate precharge unitConManPredemanded state = 1: Manual mode entered ConManEntdemanded state = 2: Enable contactor supplyConMan230OnOff-+-Off-Offdemanded state = 7: Close stator contactorConManSwidemanded state

24、= 8: Production up to 25%ConMan_25demanded state = 6: Synchronize generatorConManSyndemanded state = 5: Switch Gsc onConManGSCdemanded state = 4: Switch LSC on (armed)ConManLSCdemanded state = 11: Production up to 100%ConManRatdemanded state = 10: Production up to 75%ConMan_75demanded state = 9: Pro

25、duction up to 50%ConMan_50-+-+-+-OffOffOffOffOffOffOffOffOffOff- +-2: crowbar test-1: overspeed relay open0 - automatic mode active1 - enter manual control2 - switch 230V relay on3 - switch precharge unit on4 - switch LSC on5 - switch GSC on, with small load6 - synchronize GSC to the grid7 - close s

26、tator contactor, production mode with no power8 - production with max. 25% of rated power9 - production with max. 50% of rated power10 - production with max. 75% of rated power11 - production with max. rated power3:22:3984PM3000手動(dòng)測(cè)試流程圖3:22:3985-2: crowbar test-1: overspeed relay open0 - automatic mo

27、de active1 - enter manual control2 - switch 230V relay on3 - switch precharge unit on4 - switch LSC on5 - LSC low load6 - LSC synchronize7 - Close line side contacter8 - switch GSC on, with small load9 - synchronize GSC to the grid10 - close stator contactor, production mode with no power11 - production with max. 25% of rated power12 - production with max. 50% of rated power13 -