金風(fēng)15MW風(fēng)機Switch變流系統(tǒng)培訓(xùn)教案課件

1、金風(fēng)15MW風(fēng)機Switch變流系統(tǒng)培訓(xùn)主要內(nèi)容：1、 1.5MW機組Switch變流系統(tǒng)主拓撲結(jié)構(gòu) 2、 Switch變流系統(tǒng)控制框圖 3、 Switch變流系統(tǒng)的電網(wǎng)側(cè)控制原理4、 Switch變流系統(tǒng)的電機側(cè)控制原理 5、 Switch變流系統(tǒng)和主控的聯(lián)系 6、 Switch變流系統(tǒng)的柜體內(nèi)部冷卻第1頁/共33頁一、Switch變流系統(tǒng)主拓撲結(jié)構(gòu) 該變流器采用可控整流的方式把發(fā)電機發(fā)出的交流電整流為直流電，通過網(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，即每個功率單元都能夠獨立的執(zhí)行控制、保護、監(jiān)測等功能，功率單元之間則通過現(xiàn)場總線連接。 這種方式和它的主電路拓

2、撲結(jié)構(gòu)相對應(yīng)。 第2頁/共33頁Switch變流器系統(tǒng)原理圖 第3頁/共33頁 如圖所示：1U1為網(wǎng)側(cè)逆變功率模塊，2U1和3U1為發(fā)電機側(cè)整流功率模塊，4U1為制動功率模塊，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)電機側(cè)整流功率模塊2U1和3U1則是將發(fā)電機發(fā)出的電能轉(zhuǎn)換成為直流電能傳送到直流母線上。 制動功率模塊4U1則是在某種原因使得直流母線上的電能無法正常向電網(wǎng)傳遞或直流母線電壓過高時，將多余的電能在電阻4R1和5R1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。 3H1模塊的作用是在變流器工作之前，

3、給直流母排進行預(yù)充電，因為直流母排上帶有容量很大的電容器，若不預(yù)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。 第4頁/共33頁二、Switch變流系統(tǒng)控制框圖 第5頁/共33頁變流控制柜機柜第6頁/共33頁 網(wǎng)側(cè)斷路器1Q1機械鎖定鑰匙的鑰匙把的位置處于水平方向時斷路器處于機械鎖定狀態(tài)，在需要進行機械鎖定時最好將鑰匙撥到水平位置后將鑰匙拔離以確保安全。鑰匙位于與地面垂直位置時表明斷路器處于正常工作狀態(tài)，此位置無法移除鑰匙。變流控制柜機柜1第7頁/共33頁變流控制柜機柜2第8頁/共33頁變流控制柜3第9頁/共33頁 復(fù)位故障 選擇鍵 1）數(shù)值確認 2）故障歷史復(fù)位 1）菜單和頁的上翻 2

4、）數(shù)值的增加 1）菜單和頁的下翻 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）菜單進入 2）數(shù)字位向右選擇 3）進入編輯模式 啟動按鈕 停機按鈕按鍵功能描述：第10頁/共33頁變流控制柜機柜4、5第11頁/共33頁變流控制盒第12頁/共33頁 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控制器是變流器的控制核心，通過它變流器完成和WTC（機組主控制器）之間的信息和命令交互，同

5、時完成對其他控制器的操作。 第13頁/共33頁 1U1和2U1及3U1之間通過光纖和CAN總線連接，而4U1通過CAN總線與其它控制器連接，這是因為1U1/2U1/3U1之間需要高速通訊以滿足系統(tǒng)正常運行所需，而制動功率模塊的相應(yīng)時間可以慢一些。第14頁/共33頁三、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)電機側(cè)整流功率單元2U1、3U1稱為電機側(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)，并減小對電網(wǎng)的諧波污染。其控制原理框圖為：第15頁/共33頁 網(wǎng)側(cè)功率模塊控制原理框圖第1

6、6頁/共33頁 從圖中可以看到，其控制對象為網(wǎng)側(cè)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。 第17頁/共33頁 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（機組主控制器）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(yīng)的無功電流，如下式所示：式中Idref為無功電流，Q為無功給定，Us為電網(wǎng)電壓。 第18頁/共33頁 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

7、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。 第19頁/共33頁 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(dǎo)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(yīng)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，就可以得到輸出有功電流的大小。第20頁/共33頁發(fā)電機側(cè)功率模塊控制原理框圖 四、電機側(cè)控制原理 第21頁/共33頁 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

8、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(dǎo)得到轉(zhuǎn)子磁場的旋轉(zhuǎn)速度。 第22頁/共33頁 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

9、磁電流分量id。這兩個量作為電流閉環(huán)控制的反饋量。 第23頁/共33頁 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(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(jié)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，但實際上與一般的PI調(diào)節(jié)器是有一定區(qū)別的。第24頁/共33頁 在得到勵磁電流/轉(zhuǎn)矩電流的給定和反饋之后，通過電流

10、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。 第25頁/共33頁制動功率模塊使用原理（典型應(yīng)用）第26頁/共33頁五、Switch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，310mm2第27頁/共33頁2、控制和通信電纜 （1）Profibus DP通信電纜； （2）控制線，24VDC，10 x1mm2。第28頁/共33頁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 第29頁/共33頁2.2 變流和主控連接的10芯控制線的控制信號 變流系統(tǒng)準備啟動； 變流系統(tǒng)故障； 變流系統(tǒng)急停； 變流系統(tǒng)急停復(fù)位； 變