1、金风15MW风机switch变流器系统讲解 一、一、Switch变流器的介绍变流器的介绍 1.1 4U1外观结构及内部元器件介绍（外观结构及内部元器件介绍（1#柜）柜） 1.2 1U1外观结构及内部元器件介绍（外观结构及内部元器件介绍（2#柜）柜） 1.3 3#柜外观结构及内部元器件介绍柜外观结构及内部元器件介绍 1.4 2U1和和3U1外观结构及内部元器件介绍（外观结构及内部元器件介绍（4#和和5#柜）柜）二、二、强制预充电及主空开、发电机侧空开闭合测试强制预充电及主空开、发电机侧空开闭合测试 2.1 变流器强制预充电测试步骤变流器强制预充电测试步骤 2.2 变流器强制预充电测试变流器强制预
2、充电测试 2.3 变流器主空开闭合测试变流器主空开闭合测试 2.4 变流器发电机侧空开闭合测试步骤变流器发电机侧空开闭合测试步骤 2.5 变流器风扇强制动作测试步骤变流器风扇强制动作测试步骤三、网侧控制原理三、网侧控制原理 四、电机侧控制原理四、电机侧控制原理金风15MW风机switch变流器系统讲解了解了解Switch变流器的工作原理变流器的工作原理了解变流器的结构及内部元器件了解变流器的结构及内部元器件掌握使用变流器进行掌握使用变流器进行预充电预充电及及空开闭合空开闭合的的测试测试变流器在风机系统中的主要作用是把风能转换成适应于电网的变流器在风机系统中的主要作用是把风能转换成适应于电网的电
3、能，反馈回电网。发电机发出交流电，此交流电的电压和频电能，反馈回电网。发电机发出交流电，此交流电的电压和频率都很不稳定，随叶轮转速变化而变化，经过电机侧整流单元率都很不稳定，随叶轮转速变化而变化，经过电机侧整流单元（或称（或称INUINU）整流，变换成直流电，送到直流母排上，再通过）整流，变换成直流电，送到直流母排上，再通过逆变单元（或称逆变单元（或称AFEAFE）把直流电逆变成能够和电网相匹配的形）把直流电逆变成能够和电网相匹配的形式送入电网。式送入电网。变流器由芬兰的变流器由芬兰的The SwitchThe Switch公司研制，网侧、电机侧都采用主公司研制，网侧、电机侧都采用主动整流方式
4、。变流器整体结构由动整流方式。变流器整体结构由5 5个机柜构成，其中核心部件个机柜构成，其中核心部件为为1#1#，2#2#、4#4#、5#5#机柜内部的功率模块，由芬兰的机柜内部的功率模块，由芬兰的VACONVACON公司公司生产。其中生产。其中2#2#柜中的单元（柜中的单元（1U11U1）即为）即为AFEAFE，4 4、5#5#柜中的单元柜中的单元（2U1, 3U12U1, 3U1）为）为INUINU，1#1#柜中的功率模块柜中的功率模块(4U1)(4U1)是制动单元。是制动单元。一、一、Switch变流器的介绍变流器的介绍变流器主拓扑结构图变流器主拓扑结构图金风15MW风机switch变流
5、器系统讲解 发电机发出的交流电，此交流电的电压和频率都很不稳定，随叶轮转速变化而变化；经过整流单元整流，变换成直流电，再经过斩波升压，使电压升高到正负600V，送到直流母排上；再通过逆变单元，把直流电逆变成能够和电网相匹配的形式送入电网。说明：说明： 1、在闭合主断路器之前，需要给直流母排进行预充电，因为直流母排上带有大容量电容器，若不预充电，则在闭合主断路器时会对系统造成很大的电流冲击。 2、放电电路是在停机后用来给直流母排放电的，其实就是给连在直流母排上的电容器泄放电荷。 3、当直流母线上的电压过高时，制动单元工作，释放直流母线上过多的能量，维持母线电压。 在变流器主拓扑图1中可以分析得到
6、，整个变流器的主电路有几个部分组成，电机侧整流单元，网侧逆变单元，直流预充电单元，直流过压保护单元，电机侧LC及网侧LC滤波器，网侧主空开。整个结构大体由上面几个部分组成。4u11Q11u11L12u13u1SWITCH变流器外观结构网侧滤波电容组1C1和1C2过压保护单元4U1控制器过压保护4U1功率单元电控系统供电总开关1F8网侧断路器1Q1网侧保护熔断器组1F1电网接入铜排1.1 4U1外观结构及内部元器件介绍（1#柜）网侧断路器1Q1机械锁定钥匙的钥匙把的位置在处于水平方向时断路器处于机械锁定状态，在需要进行机械锁定时最好在将钥匙拨到水平位置后将钥匙拔离以确保安全。钥匙位于与地面垂直的
7、位置时表明断路器处于正常工作状态，此位置无法移除钥匙。红色框图中所示钥匙的位置即为正常状态，未被锁定。能耗单元，如果直流母线的电压有升高的时候，他就工作，把母线上多余的电量用制动电阻消耗掉，以对制动电阻直流母线的保护（电压1120V工作）1F1.1-1F3.2这六个快熔上的六个常闭的辅助触点串联到1U1-A11-A9端子上1F8 开关熔断器开关熔断器400V 63A AC-23A690V 63A AC-23B相变经过快熔，690V到主控接线端排预充电变压器3T1直流电源2G1网侧1U1功率单元网侧滤波电抗器1L1变流器直流母线排控制用中间继电器预充电整流块3H1水冷散热管路1.2 1U1外观结
8、构及内部元器件介绍（2#柜）1K1-由4K1控制，接1U1-A11-B10端子，来控制网侧空开2K1-由4K1控制，接于3K1与2U1-A11-B10端子来控制发电机侧1#开关柜空开储能电机MT2K2-接于3K1与2U1-A11-B10端子来控制发电机侧1#开关柜空开欠压脱扣线圈MN2K11-断路器2Q1跳闸指令（1#断路器故障），将故障信号反馈到2U1-A11-A9端子2K12-1#开关柜断路器闭合反馈信号（24V）；接2U1-A11-B5端子，2K12得电，2U1得到 反馈发出的24V信号，2K1、2K2就会保持吸合。3K1-接于2K1与3U1-A11-B10端子来控制发电机侧2#开关柜空
9、开储能电机MT2K2-接于2K1与3U1-A11-B10端子来控制发电机侧2#开关柜空开分闸线圈MN3K12-断路器2Q1跳闸指令（2#断路器故障）3K13-2#开关柜断路器闭合反馈信号（24V）；接 2U1-A11-A9端子，3K13得电，3U1得 到 反馈发出的24V信号，3K1、3K2就会保持吸合。3K5-温度继电器温度器，当温度小于5或湿度大于95%，3K5使3K4动作从而控制3M1、3M2动作。3K9-启动使能继电器。3K10-由2F1、1U1-A12、3K6串联控制从而控制预充电回路。3K6-断开时报故障，常态是吸合的，下接1U1-A11-A10(由主控的8K10常闭触电来控制)急
10、停4K1-电机侧断路器控制（4K1控制1K1）接4U1-A11-A103K14-滤波器状态，缓冲器监测电路（由UPS供230V）接2U1-A11-B6端子3K4-常开触点介于1F11和3M1（3M2 ）之间，控制散热风扇；继电器由1U1-A12常开和3K5常闭并联控制3K8急停复位（由主控的8K10常开触点来控制）由水冷UPS来的230V由1F16控制，经变换给变流柜提供24VDC风扇3M1和3M2散热器网侧1U1功率单元控制器温度调节开关3S3湿度调节开关3S2变流器水冷温度传感器3B11柜内温度传感器3B10变流器主水冷管路网侧1U1功率单元控制面板电机侧2U1功率单元控制面板断路器2F1
11、2F3电机侧3U1功率单元控制面板断路器1F111F17维护插座变流器维护开关3S41.3 3#柜外观结构及内部元器件介绍3M1、3M2-均热风扇，230V，50Hz，0.6A，135W1F10-接3K11控制预充电回路1F11-230V回路控制，给3M1、3M2 均热风扇供电1F12-230V回路控制，控制1R1插座1F13-控制1Q1主控开的储能电机1F14-控制1#柜电机侧空开的储能电机1F15-控制2#柜电机侧空开的储能电机1F16-24VUPS供电电源1F17-空开合、分闸线圈供电电源2F1-3K4、3K5、3K10，24V供电电源2F2-控制盒内板子24V供电电源2F3-主控开内2
12、4V供电电源230V AC和230V UPS到1Q1、2Q1,电源供电开关，在SERVICE时断电2U1电机侧接线铜排3U1电机侧接线铜排电机侧2U1功率单元控制器电机侧保护熔断器组2F1变流器直流母线排电机侧2U1功率单元水冷散热管路电机侧防雷保护2F113U1电机侧接线铜排电机侧3U1功率单元电机侧保护熔断器组2F2功率单元控制线1.4 2U1和3U1外观结构及内部元器件介绍金风金风15MW15MW风机风机switchswitch变流器系统讲解变流器系统讲解强制预充电及发电机侧空开、主空开闭合测试条件强制预充电及发电机侧空开、主空开闭合测试条件 机组没有故障、水冷系统正常运行、发电机侧动力
13、电缆无短路现象。注意：在做电强制预充电及主空开、发电机侧空开闭合测试时必须紧闭变流柜门。不得与柜门有身体接触。金风金风15MW15MW风机风机switchswitch变流器系统讲解变流器系统讲解此项测试需在变流柜控制面板处进行按键操作，其中变流柜控制面板keypad操作说明如图1所示：图1 变流柜控制面板：上翻；数值的增加：下翻；数值的减少：菜单返回；数值位向左选择；退出编辑模式：菜单进入；数值位向右选择；进入编辑模式Reset:故障复位Select:选择键Enter:数值确认；故障历史纪录Start:启动按钮Stop:停止按钮2.2 2.2 变流器强制预充电测试变流器强制预充电测试序号操作步
14、骤操作说明1网侧空开机械锁定状态（钥匙与地面处于水平的位置），进入1U1 P2.9.1菜单，进入“Test mode”，测试密码为“31504”2在P2.9.2将“强制预充电（Force PreCharge）”的值设置为“1”来进行强制预充电（此时网侧面板上的绿灯“ready”闪烁）。通过NCDRrive或电机侧（2U1、3U1）面板上的P1.9“DC-Link-Voltage”监控驱动器的直流电压。可以观测到电机侧电压不断上升到1000V左右。3如果一切正常则将P2.9.2 “强制预充电（Force PreCharge）”的值设置为0来解除强制预充电状态。如果紧接着进行变流器主空开闭合测试就
15、不用退出“Test mode”。如要退出“Test mode”，进入1U1 P2.9.1 菜单，将测试密码改为“0”即可。表1 变流器强制预充电测试金风金风15MW15MW风机风机switchswitch变流器系统讲解变流器系统讲解序号操作步骤操作说明1解除网侧空开机械锁定（钥匙处于与地面垂直的位置），进入1U1 P2.9.1菜单进入“Test mode”，测试密码为“31504”2将P2.9.2 Force PreCharge的值设置为“1”来进行强制预充电并等待30s使用2U1和3U1的Keypad面板M1的V1.9监测DC-link电压，电压值在900V以上时网侧空开闭合3设置P2.9.
16、3.1 Allow breaker test为“Yes”4设置P2.9.3.2 Force breaker 为“Yes”强制闭合网侧空开5设置P2.9.3.2 Force breaker 为“No”设置P2.9.3.1Allow breaker test 为“No”设置P2.9.2 Force PreCharge 为“0”恢复运行参数6退出“Test mode”进入1U1 P2.9.1菜单，将测试密码改为“0”。表2 变流器主空开闭合测试金风金风15MW15MW风机风机switchswitch变流器系统讲解变流器系统讲解序号操作步骤操作说明1进入2U1 P2.7.1菜单进入“Test mode
17、”，测试密码为“31504”2对2U1设置 P2.7.2 Force breaker 为“Yes”强制闭合Genbreaker13对2U1设置P2.7.1 Force breaker 为“No”恢复2U1运行参数4进入3U1 P2.7.1 菜单进入“Test mode”，测试密码为“31504”5对3U1设置 P2.7.2 Force breaker 为“Yes”强制闭合genbreaker26对3U1设置P2.7.1 Force breaker 为“No”恢复3U1运行参数7退出“Test mode”分别进入2U1和3U1的 P2.7.1菜单将测试密码改为“0”。表3 流器发电机侧空开闭合测
18、试步骤金风金风15MW15MW风机风机switchswitch变流器系统讲解变流器系统讲解序号操作步骤操作说明1进入1U1 P2.9.1菜单进入“Test mode”，测试密码为“31504”。2通过P2.9.4来设定“Force Fans（强制风扇）”为“1” 强制风扇动作。3如果风扇正常动作则在P2.9.4设定“Force Fans（强制风扇）”为0来恢复到正常状态。4退出“Test mode”进入1U1 P2.9.1菜单， 将测试密码改为“0”。表4 变流器风扇强制动作测试步骤金风金风15MW15MW风机风机switchswitch变流器系统讲解变流器系统讲解 网侧功率单元的作用是将直流
19、母线上的直流有功功率转换为50Hz交流有功功率传送到电网上。其控制对象为直流母线电压。其控制原理框图为： 网侧功率模块控制原理框图 从图中可以看到，网侧功率模块控制对象有电网电压和直流母线电压。这两个控制对象本质上分别代表网侧无功功率和有功功率。 一般来说，当网侧电压上升时，需要网侧模块提供感性无功；而当网侧电压下降时则需要提供容性无功。 其中电网电压为可选项，实际系统中并没有这个功能，而以WTC给出的无功功率指令代替。根据这个无功指令，考虑到电网电压波动有限，则可以直接得到这个无功对应的无功电流，如下式所示：sdrefUQI式中Idref为无功电流，Q为无功给定，Us为电网电压。 根据电网电
20、压也可以产生无功输出给定，但在目前的系统中并没有实现这一功能。 有功功率是由发电机提供的，发电机发出的有功功率通过发电机侧功率模块转化为直流有功输送到直流母线上。 而网侧功率模块则将直流母线上的有功转换为交流有功输送到电网上。 当直流母线上输入有功功率增加到大于通过网侧模块输送到电网上的有功时，将导致直流母线电压上升；而当直流输入有功功率下降到小于输送到电网的有功时，直流母线电压会下降。 也就是说，直流母线电压的变化直接反应了发电机发出的功率的变化。网侧功率模块通过监测直流母线电压的波动，就可以得到输出有功电流的大小。金风金风15MW15MW风机风机switchswitch变流器系统讲解变流器
21、系统讲解发电机侧功率模块控制原理框图 从图中可以看到这里只给出了一套绕组对应的功率模块的控制框图。这是由于两套绕组在控制原理上是一致的，只是在控制的相位上有一定偏差，所以这里只需要给出一套绕组对应的功率模块控制框图。 另外，图中光电码盘在实际系统中是不存在的，实际上采用的是无速度矢量控制原理。通过这一控制方式，可以得到转子转速，从而得到转子磁场位置角r。通过VACON公司的核心算法，可以从电机电枢电流及电机参数推导得到转子磁场的旋转速度。 从框图上可以看到这里采用的是直接转子磁场定向控制。 首先根据检测得到的转子磁场的旋转速度，积分得到转子磁场位置角r。根据这个位置角r，对检测得到的发电机定子
22、电流进行三相静止坐标系到两相同步旋转坐标系的变换，得到转矩电流分量iq和励磁电流分量id。这两个量作为电流闭环控制的反馈量。 转矩电流的参考给定有两个来源：（1）由转速参考给定与检测得到的转子速度进行比较，然后经过PI调节器得到转矩电流给定。（2）根据转矩给定直接得到转矩电流给定。 励磁电流的参考给定则比较复杂。首先根据直流母线电压推算出对应的定子最大端电压，将这个电压和前馈电压值比较，将其中较小者作为机端电压最大值。再将这个结果和电压给定进行比较，再经过磁场控制器得到励磁电流给定。 注意，这里虽然用PI调节器的符号表示磁场控制器，但实际上与一般的PI调节器是有一定区别的。 在得到励磁电流/转矩电流的给定和反馈之后，通过电流调节器可以得到转矩电压/励磁电压的参考给定值Udref/Uqref。 再根据转子磁场位置角r，对这两个给定进行两相同步旋转坐标系到三相静止坐标系的变换，得到发电机机端三相电压的给定。根据这三相给定，PWM模块给出功率器件的驱动脉冲。 金风金风15MW15MW风机风机switchswitch变流器系统讲解变流器系统讲解 本文对Switch变流器进行了简要的介绍。希望大家通过对变流器原理及内部元件的学习来加深对Switch变流器的认识。通过对预充电及空开闭合测试的学习促进大家对变流器调试的认识。也希望每个读者都能熟练进行对变流器的操作。
