逆變器操作說明及故障處理

1、一 逆變器原理介紹1.1逆變（invertion）：把直流電轉(zhuǎn)變成交流電的過程。逆變電路是把直流電逆變成交流電的電路。當(dāng)交流側(cè)和電網(wǎng)連結(jié)時(shí)，為有源逆變電路。變流電路的交流側(cè)不與電網(wǎng)聯(lián)接，而直接接到負(fù)載，即把直流電逆變?yōu)槟骋活l率或可調(diào)頻率的交流電供給負(fù)載，稱為無源逆變。 逆變橋式回路把直流電壓等價(jià)地轉(zhuǎn)換成常用頻率的交流電壓。逆變器主要由晶體管等開關(guān)元件構(gòu)成，通過有規(guī)則地讓開關(guān)元件重復(fù)開-關(guān)（ON-OFF），使直流輸入變成交流輸出。當(dāng)然，這樣單純地由開和關(guān)回路產(chǎn)生的逆變器輸出波形并不實(shí)用。一般需要采用高頻脈寬調(diào)制（SPWM），使靠近正弦波兩端的電壓寬度變狹，正弦波中央的電壓寬度變寬，并在半周期內(nèi)始

2、終讓開關(guān)元件按一定頻率朝一方向動作，這樣形成一個(gè)脈沖波列（擬正弦波）。然后讓脈沖波通過簡單的濾波器形成正弦波。1.2 IGBT的結(jié)構(gòu)和工作原理 1.2.1 IGBT的結(jié)構(gòu)IGBT是三端器件，具有柵極G、集電極C和發(fā)射極E。IGBT由N溝道VDMOSFET與雙極型晶體管組合而成的，VDMOSFET多一層P+注入?yún)^(qū)，實(shí)現(xiàn)對漂移區(qū)電導(dǎo)率進(jìn)行調(diào)制，使得IGBT具有很強(qiáng)的通流 能力。圖1-1為IGBT等效原理圖及符號表示圖1-1 IGBT等效原理圖及符號表示1.2.2IGBT的工作原理 IGBT的驅(qū)動原理與電力MOSFET基本相同，是一種場控器件。 其開通和關(guān)斷是由柵極和發(fā)射極間的電壓UGE決定的。當(dāng)U

3、GE為正且大于開啟電壓UGE(th)時(shí)，MOSFET內(nèi)形成溝道，并為晶體管提供基極電流進(jìn)而使IGBT導(dǎo)通。 當(dāng)柵極與發(fā)射極間施加反向電壓或不加信號時(shí)，MOSFET內(nèi)的溝道消失，晶體管的基極電流被切斷，使得IGBT關(guān)斷。 電導(dǎo)調(diào)制效應(yīng)使得電阻RN減小，這樣高耐壓的IGBT也具有很小的通態(tài)壓降。1.3逆變電路介紹1.3.1逆變產(chǎn)生的條件為1，要有直流電動勢，其極性須和晶閘管的導(dǎo)通方向一致，其值應(yīng)大于變流器直流側(cè)的平均電壓。2要求晶閘管的控制角ap/2，使Ud為負(fù)值。 兩者必須同時(shí)具備才能實(shí)現(xiàn)有源逆變。 逆變運(yùn)行時(shí)，一旦發(fā)生換相失敗，外接的直流電源就會通過晶閘管電路形成短路，或者使變流器的輸出平均電

4、壓和直流電動勢變成順向串聯(lián)，由于逆變電路的內(nèi)阻很小，形成很大的短路電流，這種情況稱為逆變失敗，或稱為逆變顛覆。逆變失敗的原因 1觸發(fā)電路工作不可靠，不能適時(shí)、準(zhǔn)確地給各晶閘管分配脈沖，如脈沖丟失、脈沖延時(shí)等，致使晶閘管不能正常換相。2晶閘管發(fā)生故障，該斷時(shí)不斷，或該通時(shí)不通。3交流電源缺相或突然消失。4換相的裕量角不足，引起換相失敗為了防止逆變失敗，不僅逆變角b不能等于零，而且不能太小，必須限制在某一允許的最小角度內(nèi)。 1.3.2逆變電路基本的工作原理圖1-2單相逆變電路原理圖 圖1-2中S1-S4是橋式電路的4個(gè)臂，由電力電子器件及輔助電路組成。當(dāng)開關(guān)S1、S4閉合，S2、S3斷開時(shí)，負(fù)載電

5、壓uo為正；當(dāng)開關(guān)S1、S4斷開，S2、S3閉合時(shí)，uo為負(fù)，這樣就把直流電變成了交流電。改變兩組開關(guān)的切換頻率，即可改變輸出交流電的頻率。 電阻負(fù)載時(shí)，負(fù)載電流io和uo的波形相同，相位也相同。阻感負(fù)載時(shí)，io相位滯后于uo，波形也不同。三個(gè)單相逆變電路可組合成一個(gè)三相逆變電路。圖1-3為三相橋式逆變電路。下面介紹一下它的基本工作方式?；竟ぷ鞣绞绞?80導(dǎo)電方式。同一相（即同一半橋）上下兩臂交替導(dǎo)電，各相開始導(dǎo)電的角度差120 ，任一瞬間有三個(gè)橋臂同時(shí)導(dǎo)通。圖1-3 三相橋式逆變電路工作波形 對于U相輸出來說，當(dāng)橋臂1導(dǎo)通時(shí)，uUN=Ud/2，當(dāng)橋臂4導(dǎo)通時(shí)，uUN=-Ud/2，uUN的波

6、形是幅值為Ud/2的矩形波，V、W兩相的情況和U相類似。 負(fù)載線電壓uUV、uVW、uWU可由下式求出負(fù)載各相的相電壓分別為 圖1-4 三相橋式逆變電路輸出波形把上面各式相加并整理可求得設(shè)負(fù)載為三相對稱負(fù)載，則有uUN+uVN+uWN=0，故可得 負(fù)載參數(shù)已知時(shí)，可以由uUN的波形求出U相電流iU的波形，圖4-10g給出的是阻感負(fù)載下 時(shí)iU的波形。把橋臂1、3、5的電流加起來，就可得到直流側(cè)電流id的波形，如圖4-10h所示，可以看出id每隔60脈動一次。 為了防止同一相上下兩橋臂的開關(guān)器件同時(shí)導(dǎo)通而引起直流側(cè)電源的短路，要采取“先斷后通”的方法。 1.4 PWM控制的基本原理 單純地由開和

7、關(guān)回路產(chǎn)生的逆變器輸出波形并不實(shí)用。一般需要采用高頻脈寬調(diào)制（SPWM），使靠近正弦波兩端的電壓寬度變狹，正弦波中央的電壓寬度變寬，并在半周期內(nèi)始終讓開關(guān)元件按一定頻率朝一方向動作，這樣形成一個(gè)脈沖波列（擬正弦波）。然后讓脈沖波通過簡單的濾波器形成正弦波。面積等效原理是PWM控制技術(shù)的重要理論基礎(chǔ)。 原理內(nèi)容：沖量相等而形狀不同的窄脈沖加在具有慣性的環(huán)節(jié)上時(shí)，其效果基本相同。沖量即指窄脈沖的面積。 效果基本相同，是指環(huán)節(jié)的輸出響應(yīng)波形基本相同。 如果把各輸出波形用傅里葉變換分析，則其低頻段非常接近，僅在高頻段略有差異。 1.4.1用PWM波代替正弦半波將正弦半波看成是由N個(gè)彼此相連的脈沖寬度為

8、p/N，但幅值頂部是曲線且大小按正弦規(guī)律變化的脈沖序列組成的。把上述脈沖序列利用相同數(shù)量的等幅而不等寬的矩形脈沖代替，使矩形脈沖的中點(diǎn)和相應(yīng)正弦波部分的中點(diǎn)重合，且使矩形脈沖和相應(yīng)的正弦波部分面積（沖量）相等，這就是PWM波形。對于正弦波的負(fù)半周，也可以用同樣的方法得到PWM波形。 脈沖的寬度按正弦規(guī)律變化而和正弦波等效的PWM波形，也稱SPWM（Sinusoidal PWM）波形。 PWM波形可分為等幅PWM波和不等幅PWM波兩種，由直流電源產(chǎn)生的PWM波通常是等幅PWM波?；诘刃娣e原理，PWM波形還可以等效成其他所需要的波形，如等效所需要的非正弦交流波形等。 圖1-5PWM等效波形1.

9、4.2PWM跟蹤控制技術(shù)跟蹤控制方法：把希望輸出的電流或電壓波形作為指令信號，把實(shí)際電流或電壓波形作為反饋信號，通過兩者的瞬時(shí)值比較來決定逆變電路各功率開關(guān)器件的通斷，使實(shí)際的輸出跟蹤指令信號變化 圖1-6為PWM跟蹤控制單相半橋式逆變電路 把指令電流i*和實(shí)際輸出電流i的偏差i*-i作為帶有滯環(huán)特性的比較器的輸入，通過其輸出來控制功率器件V1和V2的通斷。 圖1-6單相跟蹤控制型PWM逆變電路控制規(guī)律 當(dāng)V1（或VD1）導(dǎo)通時(shí)，i增大。 當(dāng)V2（或VD2）導(dǎo)通時(shí)，i減小。 通過環(huán)寬為2I的滯環(huán)比較器的控制，i就在i*+I和i*-I的范圍內(nèi)，呈鋸齒狀地跟蹤指令電流i*。環(huán)寬過寬時(shí)，開關(guān)頻率低，

10、跟蹤誤差大；環(huán)寬過窄時(shí)，跟蹤誤差小，但開關(guān)頻率過高，開關(guān)損耗增大。L大時(shí)，i的變化率小，跟蹤慢；L小時(shí)，i的變化率大，開關(guān)頻率過高。三相跟蹤控制型PWM逆變電路 由三個(gè)單相半橋電路組成，三相電流指令信號i*U、i*V和i*W依次相差120。 在線電壓的正半周和負(fù)半周內(nèi)，都有極性相反的脈沖輸出，這將使輸出電壓中的諧波分量增大，也使負(fù)載的諧波損耗增加。 圖1-7 三相跟蹤控制型PWM逆變電路脈寬調(diào)制使靠近正弦波兩端的電壓寬度變狹，正弦波中央的電壓寬度變寬，并在半周期內(nèi)始終讓開關(guān)元件按一定頻率朝一方向動作，這樣形成一個(gè)脈沖波列（擬正弦波）。然后讓脈沖波通過簡單的濾波器形成正弦波。圖1-8為一 GSL

11、0500逆變器原理圖。圖1-8 逆變器原理圖二 逆變器安裝逆變房電氣原理圖說明：1、本項(xiàng)目1MW集裝箱式逆變房用的是科士達(dá)GSL1000-DDU集成直流配電型號的逆變房，其中每臺逆變器直流輸入最大可支持8路輸入。2、交流動力配電箱，為MW房內(nèi)部供電，支持外部供電和內(nèi)部供電自切換，內(nèi)部供電額定功率1.2KW。外部由箱變隔離變引一根ZR-YJV22-1kV-46電纜為逆變房配電箱進(jìn)行供電。3、箱變測控裝置放于35kV升壓箱變里，通過通信電纜接入逆變房內(nèi)的數(shù)據(jù)采集柜（通訊柜）。4、通信柜信號接口由綜自廠家（南自）提供。5、通訊柜由業(yè)主另行采購，逆變房預(yù)留了800（寬）x600（深）x2260（高）的

12、安裝位置。逆變房電氣接口圖說明：1、每臺逆變器直流輸入最大可支持8路輸入。2、每臺逆變器至箱變的電纜為三根ZR-YJV22-1kV-3240。3、逆變器集成了直流配電功能，可以直接接入?yún)R流箱的直流輸出。4、升壓變壓器中性點(diǎn)禁止接地。500KW逆變器電氣原理圖說明：1.每臺逆變器直流輸入最大可支持8路輸入。2.除濕加熱器、通信接口2為選配件。交流動力配電箱接線圖說明：1、箱體內(nèi)所有屏柜均要與機(jī)房集中地排進(jìn)行接地。2、箱體預(yù)留2個(gè)接地螺栓，現(xiàn)場使用-50x5熱鍍鋅接地扁鋼與光伏區(qū)接地網(wǎng)相連，要求接地電阻小于4歐姆，圖紙請見光伏區(qū)接地卷冊集裝箱逆變房500KW逆變器接口圖 說明：1、表格中單臺逆變器

13、的PE端子（接地端子）的接地線已由廠家集成在箱體內(nèi)連接。接地只用考慮外部箱體與主接地網(wǎng)相連，連接處不少于兩點(diǎn)。線纜安裝孔大小線纜安裝孔數(shù)量線纜安裝孔間距固定螺栓最大接線纜尺寸U16.5445M6*40240mm2V16.5445M6*40240 mm2W16.5445M6*40240 mm2PE11250M0*30120 mm2PV+/-11135M0*3095 mm2集裝箱機(jī)房外形尺寸及總體安裝圖 1. 逆變房防水（塵）罩安裝完畢后外形尺寸為：4330*2770*2869（寬*深*高）；2. 通訊柜部分的原理圖及接線請見二次圖紙，通訊柜由業(yè)主另行采購，現(xiàn)場施工方負(fù)責(zé)安裝。照明接線圖、插座接線

14、圖逆變器和箱變相對位置布置圖三 逆變器操作及維護(hù)3.1開關(guān)說明開鎖后把把柄逆時(shí)針旋轉(zhuǎn)90度即可打開逆變器前門，可以看到逆變器各電源開關(guān)，包括：1. PV支路輸入開關(guān)2. QPV總輸入開關(guān)；3. 交流輸出開關(guān)QAC;4. 交流防雷開關(guān)KS；5. 外接交流取電開關(guān)KB1;6. 內(nèi)部交流取電開關(guān)KB27. 內(nèi)部三相風(fēng)機(jī)取電開關(guān)KB38. 測試輔助開關(guān)：正常情況下請置于OFF位置，當(dāng)需要外接輔助電源測試LCD顯示時(shí)，請置于ON位置；注意：在接通外部電源之前，須保持所有開關(guān)處于斷開狀態(tài)。3.2逆變器上電步驟上電開機(jī)之前，確保逆變器按規(guī)范安裝完畢，并斷開所有外部開關(guān)。操作步驟如下：1. 按標(biāo)簽“交流輔助電

15、源”要求，接好交流輔助電源電纜；2. 按標(biāo)簽“交流輔助電源保險(xiǎn)”選擇放入指定的保險(xiǎn)盒；3. 確認(rèn)直流配電開關(guān)QPVn（n為相應(yīng)的開關(guān)路數(shù)）斷開，交流輸出開關(guān)QAC、直流總開關(guān)QPV斷開，輔助電源開關(guān)KB1、KB2、KB3斷開；4. 確認(rèn)直流輸入正負(fù)極正確，PV開路電壓小于900V，交流相序正確；電壓范圍在系統(tǒng)電壓的-10%+15%內(nèi)。5. 閉合交流開關(guān)QAC閉合風(fēng)機(jī)電源開關(guān)KB3.6. 閉合輔助電源開關(guān)KB2控制系統(tǒng)開始工作。7. 觀察LCD面板的信息提示，當(dāng)出現(xiàn)“請閉合QPV直流開關(guān)的信息框，閉合所有的QPVn開關(guān)；8. 約一分鐘后聽到并網(wǎng)接觸器自動閉合的聲音，表明逆變器并網(wǎng)成功，LCD面板

16、顯示并網(wǎng)發(fā)電9. 閉合交流防雷開關(guān)KS。注意：嚴(yán)禁在LCD顯示屏未提示“請閉合QPV直流開關(guān)的信息框”前合上QPVn輸入開關(guān)。3.3逆變器下電步驟1 按下系統(tǒng)EPO開關(guān)。2斷開交流輸出開關(guān)QAC斷開風(fēng)機(jī)開關(guān)KB33斷開QPVn輸入開關(guān)4斷開內(nèi)部電源開關(guān)KB2顯示面板右上角的緊急停機(jī)開關(guān)（EPO）用于在緊急情況下關(guān)閉逆變器，按下后將關(guān)閉逆變模塊輸出，并迅速切斷向電網(wǎng)供電。此時(shí)逆變器的PV輸入端口和交流輸出端口仍然帶點(diǎn)。系統(tǒng)下電后要等待5分鐘才能進(jìn)行維護(hù)操作。3.4 逆變器介紹及維護(hù)1.逆變器正面示意圖2逆變器背面示意圖單板功能介紹1：SL0500I1 檢測板：(電壓、電流檢測，保護(hù))2、UGBT

17、SU1(DSP 主控板)3、UGBTSU2 監(jiān)控板4、GSL0250M1(電器控制板)5、GSL0500DDUX01（交流軟啟動板）6、GSLO500A1(IGBT 驅(qū)動板)7、GSL0500I4(絕緣檢測板)8、GSD0500U4(配電柜控制板)9、GSL0500DDUI02(電壓檢測板)10、GSL0500M09(風(fēng)扇電源控制板)11、GSL0250M7(輔助電源板)3.5、故障案例1. 逆變器交流風(fēng)扇故障；a) 交流風(fēng)扇故障，指的是MW 房通風(fēng)系統(tǒng)風(fēng)機(jī)故障，它的信號由風(fēng)扇電源板GSL0500A5 板送入逆變器監(jiān)控板U2_J26 的1、4 腳；故障信號電壓大于4.5V 有效；MW 房通風(fēng)系

18、統(tǒng)分為2 組，每組4 個(gè)共8 個(gè)交流風(fēng)扇，且每臺逆變器對應(yīng)4 個(gè)交流風(fēng)扇，任一一組風(fēng)扇有故障，對應(yīng)的逆變器就會報(bào)交流風(fēng)扇故障；b) 維修方法：確認(rèn)U2_J26,1、4 腳是否有故障電壓信號，如有，確認(rèn)通風(fēng)系統(tǒng)交流風(fēng)機(jī)是否工作正常，交流風(fēng)扇兩端是否有220V 電壓，如無，確認(rèn)GSL0500A5 板，J26、J27、J2、J8 是否收到開機(jī)信號，開機(jī)信號發(fā)送時(shí)26、J27、J2、J8 接線端,1、4 腳為短路狀態(tài)；如有，確認(rèn)輔助電源15V 是否正常； 一般情況下該問題能夠解決；2. 逆變器防雷故障；c) 防雷故障指的是交流側(cè)或直流側(cè)防雷器失效后干接點(diǎn)常閉信號斷開送到GSL0250I1板J1 接線端

19、；d) 維修方法：一般情況下檢查防雷器本身干接點(diǎn)接線端是否插接良好，有無松脫等現(xiàn)象，如無，更換相應(yīng)防雷器；3、逆變器殘余漏電流故障；e) 殘余漏電流故障是指逆變器本身漏電流超標(biāo)，保護(hù)接地線上有較大漏電流通過，例如：GSL0500 逆變器對地漏電流不應(yīng)大于5A；否則會報(bào)故障；2、維修方法：首先采用電流鉗行表，測量其漏電流是否超過5A,如無，檢查漏電流霍爾接線是否有松脫或接線錯(cuò)誤，一般情況下能夠排除故障；4、逆變器接觸器故障；f) 逆變器接觸器故障是指接觸器本應(yīng)并網(wǎng)吸合狀態(tài)，但未檢測到接觸器吸合狀態(tài)，此故障可以說明，逆變電壓正常，可能是接觸器本身故障或相關(guān)輔助觸點(diǎn)故障；g) 維修方法：出現(xiàn)類似故障

20、，可先檢查并網(wǎng)接觸器是否正常及輔助常開常閉觸點(diǎn)狀態(tài)是否正常，可斷開市電輸入斷路器，單獨(dú)對接觸器控制信號點(diǎn)進(jìn)行加壓AC220V, 采用萬用表進(jìn)行測量其各觸點(diǎn)工作狀態(tài)是否正常；對不良器件進(jìn)行更換即可；一般情況下能夠排除故障；5、逆變器過溫故障；h) 逆變器過溫故障是指機(jī)內(nèi)溫度超過逆變器允許范圍值，如：IGBT 散熱器、直流柜散熱器、電感等超過其設(shè)定值報(bào)逆變器過溫故障；i) 維修方法：由于我們逆變器出廠前都經(jīng)過嚴(yán)格的老化前測試、老化、老化后測試等系列測試流程，如溫度超高等嚴(yán)重問題，在公司內(nèi)部就會發(fā)現(xiàn)并解決；所以一般情況下，可能是溫控電子開關(guān)失效或接觸不良，造成開路引起誤報(bào)故障現(xiàn)象較大，可對溫控電子開

21、關(guān)及連接線進(jìn)行檢查，一般情況下可排除故障；6、逆變器過流故障；j) 逆變器過流故障是指逆變器出現(xiàn)短路造成瞬間過電流現(xiàn)象，也有可能是誤報(bào)故障，因在客戶現(xiàn)場也出現(xiàn)過類似誤報(bào)現(xiàn)象，可能是受到其它共模干擾等影響造成；k) 維修方法：因?yàn)閳?bào)逆變器過流故障是嚴(yán)重問題，必須打開逆變器機(jī)柜門進(jìn)行仔細(xì)觀察是否有明顯的IGBT 損壞現(xiàn)象，并觀察IGBT 驅(qū)動板過流指示燈是否常亮(紅色)，如果未發(fā)現(xiàn)明顯的損壞現(xiàn)象，但驅(qū)動板過流指示燈常亮(紅色)，說明確實(shí)有檢測到故障信號，重新下電，放電完成后采用萬用表對IGBT 進(jìn)行檢查測，如未發(fā)現(xiàn)明顯故障，可采用Apollon 軟件進(jìn)行后臺監(jiān)控，看看逆變電壓是否正常，如發(fā)現(xiàn)3 相

22、逆變電壓與電網(wǎng)電壓不平衡時(shí)，說明逆變器存在問題，一般情況下可能是驅(qū)動板或IGBT 損壞，可通過萬用表進(jìn)行測量查出；l) Apollon 軟件后臺監(jiān)控逆變電壓操作方法,如下：(1)、首先拔掉逆變器控制GSL0250M1 板J16、J17 接線端，見下圖所示：(2)、逆變器重新上電，打開逆變器Apollon 監(jiān)控軟件，監(jiān)控逆變器開啟逆變電壓瞬間電壓狀態(tài)，3 相逆變電壓是否平衡，見下圖：(3)、確認(rèn)逆變電壓正常或異常后，立即手動按EPO 緊急關(guān)機(jī)；(4)、如逆變電壓未見異常，將M1 板J16、J17 插還原位，并網(wǎng)發(fā)電即可。7、逆變器緊急關(guān)機(jī)故障；m) 逆變器緊急關(guān)機(jī)是指EPO 按鍵動作，信號指令送

23、入監(jiān)控板觸發(fā)DSP 封鎖驅(qū)動信號；n) 維修方法：首先檢查EPO 按鍵是否處理正常狀態(tài)，如無，一般情況下，監(jiān)控板U2失效率較大， 更換后故障可排除；8、逆變器逆變通訊故障；o) 逆變通訊故障是指DSP 板(UGTBSU1)與監(jiān)控板(UGTBSU2)通訊異常導(dǎo)致；p) 維修方法：觀察監(jiān)控板D1、D2 指示燈閃爍情況，正常情況下，D1、D2 不停閃爍(間隔1 秒鐘左右；如發(fā)現(xiàn)D1 或D2 指示燈不閃，說明確實(shí)存在通訊異常問題，可通過更換監(jiān)控板或DSP 板排除問題，一般情況下，監(jiān)控板失效率較高；9、逆變器頻率異常故障；q) 逆變器頻率異常故障是指DSP 板檢測到電網(wǎng)頻率異常(超出50HZ0.5)造成

24、；r) 維修方法：首先查看監(jiān)控面板顯示電網(wǎng)頻率是否正常，如異常，觀察是否其它逆變器也存在同樣故障，如無，可能是GSL0250I1 板或DSP 板故障，更換即可，一般情況下，DSP 失效率較高；10、逆變器顯示屏黑屏；s) 逆變器顯示屏黑屏故障是指人機(jī)監(jiān)控面板看不見任何數(shù)據(jù)，如電壓、電流、功率、發(fā)電量等；t) 維修方法：首先檢查監(jiān)控板(UGTBSU2)J3 接線端24V 電壓是否正常，監(jiān)控板各電壓指示燈是否正常，如未發(fā)現(xiàn)異常，可能是液晶顯示屏本身故障，更換即可，一般情況下，監(jiān)控板失效率較高；11、逆變器煙桿報(bào)警故障；u) 逆變器煙桿報(bào)警是指逆變器機(jī)房內(nèi)煙霧較大，可能存在火災(zāi)現(xiàn)象而安裝的煙桿告警裝置；v) 維修方法：如