金風(fēng)1.5MW風(fēng)機(jī)Switch變流系統(tǒng)培訓(xùn)課件

1、金風(fēng)金風(fēng)1.5MW風(fēng)機(jī)風(fēng)機(jī)Switch變流系統(tǒng)培訓(xùn)課件變流系統(tǒng)培訓(xùn)課件 編編 訂：訂： 王海龍王海龍 2010年年3月月主要內(nèi)容：主要內(nèi)容：1 1、 1.5MW1.5MW機(jī)組機(jī)組Switch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) 2 2、 Switch變流系統(tǒng)控制框圖變流系統(tǒng)控制框圖 3 3、 Switch變流系統(tǒng)的電網(wǎng)側(cè)控制原理變流系統(tǒng)的電網(wǎng)側(cè)控制原理4 4、 Switch變流系統(tǒng)的電機(jī)側(cè)控制原理變流系統(tǒng)的電機(jī)側(cè)控制原理 5 5、 Switch變流系統(tǒng)和主控的聯(lián)系變流系統(tǒng)和主控的聯(lián)系 6 6、 Switch變流系統(tǒng)的柜體內(nèi)部冷卻變流系統(tǒng)的柜體內(nèi)部冷卻一、一、SwitchSwitch變流系統(tǒng)主拓

2、撲結(jié)構(gòu)變流系統(tǒng)主拓?fù)浣Y(jié)構(gòu) 該變流器采用可控整流的方式把發(fā)電機(jī)發(fā)出的交流電整流為直流電，通過(guò)網(wǎng)側(cè)逆變單元把直流電逆變?yōu)楣ゎl交流電饋入電網(wǎng)。其控制方式為分布式控制，即每個(gè)功率單元都能夠獨(dú)立的執(zhí)行控制、保護(hù)、監(jiān)測(cè)等功能，功率單元之間則通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)總線連接。 這種方式和它的主電路拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)相對(duì)應(yīng)。 Switch變流器系統(tǒng)原理圖變流器系統(tǒng)原理圖 如圖所示：1U1為網(wǎng)側(cè)逆變功率模塊，2U1和3U1為發(fā)電機(jī)側(cè)整流功率模塊，4U1為制動(dòng)功率模塊，3H1為預(yù)充電模塊。 網(wǎng)側(cè)逆變功率模塊1U1的作用是將直流母線上的電能轉(zhuǎn)換成為電網(wǎng)能夠接受的形式并傳送到電網(wǎng)上。而發(fā)電機(jī)側(cè)整流功率模塊2U1和3U1則是將發(fā)電機(jī)發(fā)出的電能轉(zhuǎn)

3、換成為直流電能傳送到直流母線上。 制動(dòng)功率模塊4U1則是在某種原因使得直流母線上的電能無(wú)法正常向電網(wǎng)傳遞或直流母線電壓過(guò)高時(shí)，將多余的電能在電阻4R1和5R1上通過(guò)發(fā)熱消耗掉，以避免直流母線電壓過(guò)高造成器件的損壞。 3H1模塊的作用是在變流器工作之前，給直流母排進(jìn)行預(yù)充電，因?yàn)橹绷髂概派蠋в腥萘亢艽蟮碾娙萜?，若不預(yù)充電，則在閉合主斷路器時(shí)會(huì)對(duì)系統(tǒng)造成很大的電流沖擊。 二、二、Switch變流系統(tǒng)控制框圖變流系統(tǒng)控制框圖 變流控制柜機(jī)柜變流控制柜機(jī)柜 網(wǎng)側(cè)斷路器1Q1機(jī)械鎖定鑰匙的鑰匙把的位置處于水平方向時(shí)斷路器處于機(jī)械鎖定狀態(tài)，在需要進(jìn)行機(jī)械鎖定時(shí)最好將鑰匙撥到水平位置后將鑰匙拔離以確保安全。

4、鑰匙位于與地面垂直位置時(shí)表明斷路器處于正常工作狀態(tài)，此位置無(wú)法移除鑰匙。變流控制柜機(jī)柜變流控制柜機(jī)柜1變流控制柜機(jī)柜變流控制柜機(jī)柜2 2變流控制柜變流控制柜3 3 復(fù)位故障 選擇鍵 1）數(shù)值確認(rèn) 2）故障歷史復(fù)位 1）菜單和頁(yè)的上翻 2）數(shù)值的增加 1）菜單和頁(yè)的下翻 2）數(shù)值的減少 1）菜單返回 2）數(shù)字位向左選擇 3）退出編輯模式 1）菜單進(jìn)入 2）數(shù)字位向右選擇 3）進(jìn)入編輯模式 啟動(dòng)按鈕 停機(jī)按鈕按鍵功能描述按鍵功能描述：變流控制柜機(jī)柜變流控制柜機(jī)柜4 4、5 5變流控制盒變流控制盒 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(shuō)的控制器也是VACON公司為變頻器所

5、配的控制器。這些控制器和功率模塊一一對(duì)應(yīng)，相互之間通過(guò)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控制器是變流器的控制核心，通過(guò)它變流器完成和WTC（機(jī)組主控制器）之間的信息和命令交互，同時(shí)完成對(duì)其他控制器的操作。 1U1和2U1及3U1之間通過(guò)光纖和CAN總線連接，而4U1通過(guò)CAN總線與其它控制器連接，這是因?yàn)?U1/2U1/3U1之間需要高速通訊以滿足系統(tǒng)正常運(yùn)行所需，而制動(dòng)功率模塊的相應(yīng)時(shí)間可以慢一些。三、網(wǎng)側(cè)控制原理三、網(wǎng)側(cè)控制原理 在全功率變流系統(tǒng)中，為便于分析，通常將電網(wǎng)側(cè)逆變功率單元1U1稱為網(wǎng)側(cè)變流器，將發(fā)電機(jī)側(cè)整流功率單元2U1、3U1

6、稱為電機(jī)側(cè)變流器。網(wǎng)側(cè)變流器1U1的作用是將直流母線上的有功功率轉(zhuǎn)換為恒幅恒頻的三相交流電饋入電網(wǎng)，保證功率因數(shù)，并減小對(duì)電網(wǎng)的諧波污染。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，其控制對(duì)象為網(wǎng)側(cè)電壓和直流母線電壓，這兩個(gè)控制對(duì)象本質(zhì)上分別代表網(wǎng)側(cè)無(wú)功功率和有功功率。 一般來(lái)說(shuō)，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(wú)功；而當(dāng)網(wǎng)側(cè)電壓下降時(shí)則需要提供容性無(wú)功。 其中電網(wǎng)電壓為可選項(xiàng)，實(shí)際系統(tǒng)中并沒(méi)有這個(gè)功能，而以WTC（機(jī)組主控制器）給出的無(wú)功功率指令代替。根據(jù)這個(gè)無(wú)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(wú)功對(duì)應(yīng)的無(wú)功電流，如下式所示：sdrefUQI式中Idr

7、ef為無(wú)功電流，Q為無(wú)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(wú)功輸出給定，但在目前的系統(tǒng)中并沒(méi)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(guò)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(guò)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(shuō)，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(guò)監(jiān)測(cè)直流母線電壓的波動(dòng)，就可以得到輸出有功電流的大小。發(fā)電機(jī)側(cè)功率模塊控

8、制原理框圖 四、電機(jī)側(cè)控制原理四、電機(jī)側(cè)控制原理 從圖中可以看到這里只給出了一套繞組對(duì)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(duì)應(yīng)的功率模塊控制框圖。 另外，圖中光電碼盤(pán)在實(shí)際系統(tǒng)中是不存在的，實(shí)際上采用的是無(wú)速度矢量控制原理。通過(guò)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(chǎng)位置角r。通過(guò)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(chǎng)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(chǎng)定向控制。首先根據(jù)檢測(cè)得到的轉(zhuǎn)子磁場(chǎng)的旋轉(zhuǎn)速度，積分得到轉(zhuǎn)子磁場(chǎng)位置角r。根據(jù)這個(gè)位置角r，對(duì)檢測(cè)得到的

9、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(lái)源： （1）由轉(zhuǎn)速參考給定與檢測(cè)得到的轉(zhuǎn)子速度進(jìn)行比較，然后經(jīng)過(guò)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(duì)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(guò)磁場(chǎng)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(chǎng)控制器，但實(shí)際上與一般的PI調(diào)節(jié)器是有一定區(qū)別的。 在得

10、到勵(lì)磁電流/轉(zhuǎn)矩電流的給定和反饋之后，通過(guò)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(chǎng)位置角r，對(duì)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。 制動(dòng)功率模塊使用原理（典型應(yīng)用）五、五、Switch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，54mm2（2）變流系統(tǒng)UPS電源電纜 230VAC，31.5mm2（3）電流互感器電纜 400VAC，41.5mm2 （4） 電控系統(tǒng)總電源電纜 690VAC，310mm22、控制和通信電纜 （1）Profibus DP通信電纜； （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) 2.2 變流和主控連接的10芯控制線的控制信號(hào) 變流系