Freqcon變流系統(tǒng)介紹

2013年11月18日Freqcon變流系統(tǒng)介紹授課：編訂：金風(fēng)大學(xué)課程編號(hào)：ETIC-001通過(guò)學(xué)習(xí)風(fēng)冷變流系統(tǒng)可以了解到機(jī)組變流器的組成及原理為學(xué)習(xí)金風(fēng)機(jī)組做好準(zhǔn)備課程設(shè)置信息課程目標(biāo)：本次課程需要大家了解風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的風(fēng)冷變流系統(tǒng)培訓(xùn)對(duì)象：2013年金風(fēng)大學(xué)嘉澤分校學(xué)員課時(shí)：120分鐘課程設(shè)置信息課程導(dǎo)入環(huán)節(jié)提問(wèn)：風(fēng)力發(fā)電機(jī)組變流系統(tǒng)作用是什么？風(fēng)冷變流系統(tǒng)的構(gòu)成？一、1.5MW機(jī)組Freqcon變流系統(tǒng)的主拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)二、Freqcon變流系統(tǒng)及其部件三、Freqcon變流系統(tǒng)的電網(wǎng)側(cè)整流原理四、Freqcon變流系統(tǒng)的電機(jī)側(cè)逆變?cè)砦?、Freqcon變流系統(tǒng)的直流升壓斬波原理課程目錄一、Freqcon變流系統(tǒng)主拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)

該變流器采用了不可控整流方式把發(fā)電機(jī)發(fā)出的電整流為直流電，通過(guò)網(wǎng)側(cè)逆變IGBT模塊把直流電變成工頻交流電并入電網(wǎng)。其控制方式為集中式控制。變流器的控制器集中的控制每個(gè)IGBT功率模塊工作，并檢測(cè)每個(gè)IGBT功率模塊的工作狀態(tài)。

Freqcon變流器系統(tǒng)原理圖基本原理結(jié)構(gòu)Freqcon變流器整體結(jié)構(gòu)框圖需要解釋以下幾點(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写笕萘侩娙萜鳎舨活A(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。2、放電電路是在停機(jī)后用來(lái)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(guò)高時(shí)，制動(dòng)單元工作，釋放直流母線上過(guò)多的能量，維持母線電壓。

變流系統(tǒng)按照我公司永磁同步風(fēng)力發(fā)電機(jī)的特點(diǎn)專(zhuān)門(mén)設(shè)計(jì)，與六相永磁同步發(fā)電機(jī)具有很好的適應(yīng)性，即通過(guò)六相不可控整流，有效減少或抑制了電機(jī)側(cè)的諧波轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)，同時(shí)對(duì)電機(jī)繞組幾乎沒(méi)有du/dt的影響。另外，從上圖可看出，變流裝置主回路采用多重化并聯(lián)技術(shù)，提高了系統(tǒng)容量（小容量功率器件可用在大容量系統(tǒng)中）、減少了輸出電流諧波。中間斬波升壓是三重?cái)夭ㄉ龎?，起到了穩(wěn)壓和升壓作用，適應(yīng)了風(fēng)機(jī)的最大風(fēng)能捕獲策略，即把變動(dòng)的發(fā)電機(jī)輸出電壓，與整流回路一起最終穩(wěn)定在DC-Link電壓設(shè)定值附近，使DC-Link電壓穩(wěn)定在逆變環(huán)節(jié)所需的直流電壓上。DC/AC變換部分采用兩重逆變策略，通過(guò)采用先進(jìn)的PWM脈寬調(diào)制技術(shù)，有效減少了輸出諧波（THD％<4%）、提高了系統(tǒng)容量。通過(guò)控制上的優(yōu)化，使電壓閃變指標(biāo)在國(guó)際技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)允許范圍之內(nèi)。變流器主要采用10個(gè)IGBT單元＋2個(gè)二極管橋式整流單元＋3個(gè)框架開(kāi)關(guān)＋1個(gè)變流控制板＋1個(gè)高電壓采集板組成。金風(fēng)MW級(jí)直驅(qū)永磁同步風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)變流裝置是全功率變流系統(tǒng)，與各種電網(wǎng)的兼容性好，具有更寬范圍內(nèi)的無(wú)功功率調(diào)節(jié)能力和對(duì)電網(wǎng)電壓的支撐能力。同時(shí)，變流系統(tǒng)先進(jìn)的控制策略和特殊設(shè)計(jì)的制動(dòng)單元使風(fēng)機(jī)系統(tǒng)具有很好的低電壓穿越能力（LVRTCapability），以適應(yīng)電網(wǎng)故障狀態(tài)，在一定時(shí)間內(nèi)保持與電網(wǎng)的聯(lián)接和不脫網(wǎng)。通過(guò)獨(dú)到的信號(hào)采集技術(shù)、接口技術(shù)等提高了變流裝置系統(tǒng)的電磁兼容性，如直流環(huán)節(jié)的均壓接地措施，有效減少了干擾。二、Freqcon變流系統(tǒng)及其部件

2.1Freqcon變流控制器

Freqcon變流控制器的作用是根據(jù)機(jī)組主控制器提供的給定信號(hào)，分別向變流系統(tǒng)中的升壓斬波器、制動(dòng)單元和并網(wǎng)逆變器發(fā)出相應(yīng)控制脈沖，使發(fā)電機(jī)的能量通過(guò)整流、斬波和逆變后送入電網(wǎng)，在保持中間直流電壓恒定的同時(shí)，使逆變器輸出電流達(dá)到電網(wǎng)連接要求。

Freqcon變流控制器的輸出信號(hào)包括數(shù)字輸出、狀態(tài)顯示、模擬輸出、斬波器控制脈沖輸出、制動(dòng)單元控制脈沖輸出和逆變器控制脈沖輸出。其中數(shù)字輸出信號(hào)包括預(yù)充電接觸器閉合、網(wǎng)側(cè)接觸器閉合、發(fā)電機(jī)接觸器閉合、所有元器件正常、變流器準(zhǔn)備完畢、變流器正在發(fā)出觸發(fā)脈沖等；狀態(tài)顯示用于顯示各種故障信號(hào)，其中包括升壓斬波器電流過(guò)流、制動(dòng)單元電流過(guò)流、網(wǎng)側(cè)逆變器電流過(guò)流、交流電流過(guò)流、交流電壓過(guò)壓、直流側(cè)電壓過(guò)壓、直流側(cè)電壓欠壓、升壓斬波器故障、制動(dòng)單元故障、網(wǎng)側(cè)逆變器故障等；模擬輸出信號(hào)包括兩個(gè)多路轉(zhuǎn)換開(kāi)關(guān)的輸出信號(hào)，六相整流器的輸出電壓，電網(wǎng)頻率，電網(wǎng)側(cè)三相交流電壓的有效值和電網(wǎng)側(cè)三相交流電流的有效值和有功功率及無(wú)功功率等。Freqcon變流系統(tǒng)的控制器實(shí)物L(fēng)ED信號(hào)燈信號(hào)接口撥碼開(kāi)關(guān)正面背面IGBT模塊信號(hào)控制接口模擬量接口數(shù)字量接口高壓信號(hào)采集接口現(xiàn)場(chǎng)總線接口24伏供電接口變流控制器的原理框圖

如原理框圖所示，該變流控制板分別由以下幾部分電路組成：直流電壓信號(hào)處理電路，交流電壓、交流電流信號(hào)處理電路，三角波產(chǎn)生電路，數(shù)字輸入、輸出隔離電路，故障信號(hào)處理及顯示電路，鎖相環(huán)電路，有功及無(wú)功功率計(jì)算電路，斬波器控制及脈沖發(fā)生電路，制動(dòng)單元控制及脈沖發(fā)生電路，逆變器控制及脈沖發(fā)生電路，電流反饋信號(hào)處理電路，以及溫度信號(hào)處理電路等。其中直流電壓信號(hào)處理電路是將整流器輸出電壓、逆變器直流側(cè)正極和負(fù)極電壓經(jīng)過(guò)分壓、濾波、調(diào)理后輸出，作為后級(jí)電路的輸入信號(hào)；交流電壓和交流電流信號(hào)處理電路分別用于計(jì)算電網(wǎng)側(cè)電壓、電流的有效值，并進(jìn)行過(guò)壓過(guò)流保護(hù)；三角波產(chǎn)生電路的作用一方面是產(chǎn)生相位互差周期的三角波，用于三重升壓斬波器的PWM控制，另一方面產(chǎn)生相位相差1/2周期的三角波，用于兩重逆變器的PWM控制；鎖相環(huán)電路是將電網(wǎng)電壓鎖相后作為逆變輸出電流的相位參考信號(hào)；有功及無(wú)功功率計(jì)算電路是利用三相交流電壓、電流的瞬時(shí)值計(jì)算變流器輸出到電網(wǎng)的有功功率和無(wú)功功率；斬波器控制及脈沖發(fā)生電路、制動(dòng)單元控制及脈沖發(fā)生電路、逆變器控制及脈沖發(fā)生電路，分別通過(guò)調(diào)節(jié)器及PWM調(diào)制實(shí)現(xiàn)斬波器、制動(dòng)單元和逆變器的閉環(huán)控制，產(chǎn)生相應(yīng)的觸發(fā)控制脈沖。2.2Freqcon變流系統(tǒng)的IGBT模塊

IGBT模塊封裝結(jié)構(gòu)IGBT內(nèi)部控制結(jié)構(gòu)IGBT內(nèi)部控制控制驅(qū)動(dòng)原理1IGBT內(nèi)部控制控制驅(qū)動(dòng)原理2三、Freqcon變流系統(tǒng)的電機(jī)側(cè)整流原理四、Freqcon變流系統(tǒng)的電網(wǎng)側(cè)逆變?cè)砘倦娐氛{(diào)制逆變波形五、Freqcon變流系統(tǒng)的直流升壓斬波原理

穩(wěn)態(tài)時(shí)，一個(gè)周期T中L積蓄能量與釋放能量相等化簡(jiǎn)得：

T/toff>1，_輸出電壓高于電源電壓，故稱(chēng)該電路為升壓斬波電路工作原理假設(shè)L值很大，C值也很大

V通時(shí)，E向L充電，充電電流恒為I1，同時(shí)C的電壓向負(fù)載供電，因C值很大，輸出電壓uo為恒值，記為Uo。設(shè)V通的時(shí)間為ton，此階段L上積蓄的能量為V斷時(shí)，E和L共同向C