變流系統(tǒng)培訓(xùn)

1、變流系統(tǒng)培訓(xùn)變流系統(tǒng)培訓(xùn)一、變流系統(tǒng)硬件結(jié)構(gòu)框圖一、變流系統(tǒng)硬件結(jié)構(gòu)框圖 1.5 兆瓦直驅(qū)發(fā)電機(jī) 整流單元 主斷路器 充電電路 斬波升壓 變流控制器 電機(jī)電容 逆變單元制動(dòng)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(jī)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(fù)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(diǎn)：需要解釋以下幾點(diǎn)： 1、在閉合主斷路器之前，需要給直流母排進(jìn)行預(yù)充電，因?yàn)橹绷髂概派蠋в写?/p>

2、容量電容器，若不預(yù)充電，則在閉合主斷路器時(shí)會(huì)對系統(tǒng)造成很大的電流沖擊。 2、放電電路是在停機(jī)后用來給直流母排放電的，其實(shí)就是給連在直流母排上的電容器泄放電荷。 3、當(dāng)直流母線上的電壓過高時(shí)，制動(dòng)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?fù)浣Y(jié)構(gòu)變流系統(tǒng)主拓?fù)浣Y(jié)構(gòu) 該變流器采用了主動(dòng)整流的方式來控制發(fā)電機(jī)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?fù)浣Y(jié)構(gòu)相對應(yīng)。 即網(wǎng)側(cè)和發(fā)電機(jī)側(cè)各有獨(dú)立的控制器，以一個(gè)控制器為主要控制器，通過控制器之間的聯(lián)系進(jìn)行相互信息交換和控制。變流器系統(tǒng)主拓?fù)浣Y(jié)構(gòu) 圖中可以看到，網(wǎng)側(cè)功率模塊為1U1，而發(fā)電機(jī)側(cè)有兩

3、個(gè)功率模塊：2U1 和3U1。這是和發(fā)電機(jī)兩套繞組相的結(jié)構(gòu)相對應(yīng)的。 圖中的4U1 和5U1 為用于制動(dòng)的功率模塊。采用兩個(gè)功率模塊的原因是單個(gè)模塊的電流容量有限。在最新的系統(tǒng)中，這兩個(gè)模塊已經(jīng)被一個(gè)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(jī)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(jī)側(cè)功率模塊則是將發(fā)電機(jī)發(fā)出的電能轉(zhuǎn)換為直流有功傳送到直流母線上。 制動(dòng)功率模塊則是在當(dāng)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(shí)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(yīng)，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(shí)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(shí)現(xiàn)，這是因?yàn)?U1/2U1/3U1之間需要高速通訊以滿足系統(tǒng)正常

5、運(yùn)行所需，而制動(dòng)功率模塊的相應(yīng)時(shí)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(gè)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(dāng)網(wǎng)側(cè)電壓上升時(shí)，需要網(wǎng)側(cè)模塊提供感性無功；而當(dāng)網(wǎng)側(cè)電壓下降時(shí)則需要提供容性無功。 其中電網(wǎng)電壓為可選項(xiàng)，實(shí)際系統(tǒng)中并沒有這個(gè)功能，而以WTC給出的無功功率指令代替。根據(jù)這個(gè)無功指令，考慮到電網(wǎng)電壓波動(dòng)有限，則可以直接得到這個(gè)無功對應(yīng)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(shí)現(xiàn)這一功能。 有功功率是由發(fā)電機(jī)提供的，發(fā)電機(jī)發(fā)出的有功功率通過發(fā)電機(jī)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(dāng)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(shí)，將導(dǎo)致直流母線電壓上升；而當(dāng)直流輸入有功功率下降到小于輸送到電網(wǎng)的有功時(shí)，直流母線電壓會(huì)下降。 也就是說，直流母線電壓的變化直接反應(yīng)了發(fā)電機(jī)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(dòng)，

7、就可以得到輸出有功電流的大小。六、電機(jī)側(cè)控制原理六、電機(jī)側(cè)控制原理 發(fā)電機(jī)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(yīng)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(yīng)的功率模塊控制框圖。 另外，圖中光電碼盤在實(shí)際系統(tǒng)中是不存在的，實(shí)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(jī)電樞電流及電機(jī)參數(shù)推導(dǎo)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(gè)位置角r，對檢測得到的發(fā)電機(jī)定子電流進(jìn)行三相靜止坐標(biāo)系到兩相同步旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系的變換，得到轉(zhuǎn)矩電流分量iq和勵(lì)磁電流分量id。這兩個(gè)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(gè)來源：（1）由轉(zhuǎn)速參考給定與檢測得到的轉(zhuǎn)子速度進(jìn)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(lì)磁電流的參考給定則比較復(fù)雜。首先根據(jù)直流母線電壓推算出對應(yīng)的定子最大端電壓，將這個(gè)電壓和前饋電壓值比較，將其中較小者作為機(jī)端電壓最大值。再將這個(gè)結(jié)果和電壓給定進(jìn)行比較，再經(jīng)過磁場控制器得到勵(lì)磁電流給定。 注意，這里雖然用PI調(diào)節(jié)器的符號(hào)表示磁場控制器，但

9、實(shí)際上與一般的PI調(diào)節(jié)器是有一定區(qū)別的。 在得到勵(lì)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(lì)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(gè)給定進(jìn)行兩相同步旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系到三相靜止坐標(biāo)系的變換，得到發(fā)電機(jī)機(jī)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(dòng)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(hào) （a）主控到變流的DP信號(hào) （b）變流到主控的DP信號(hào) （c）硬件控制線的控制信號(hào) 2.1.1 主控到變流的DP信號(hào) 主控制字：CW，用于控制變流系統(tǒng)的啟動(dòng)和停止； 轉(zhuǎn)矩參考值：REF1，為發(fā)電機(jī)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(hào) 主狀態(tài)字：SW，網(wǎng)側(cè)和發(fā)電機(jī) 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(jī)實(shí)際轉(zhuǎn)矩； 轉(zhuǎn)速：PD1，發(fā)電機(jī)實(shí)際轉(zhuǎn)速； 主電壓：PD2，輸入電壓； 有功功率：PD3，網(wǎng)側(cè)變流