金风15MW风机Switch变流系统培训教案课件

金风15MW风机Switch变流系统培训金风15MW风机Switch变流系统培训1主要内容：1、1.5MW机组Switch变流系统主拓扑结构2、Switch变流系统控制框图3、Switch变流系统的电网侧控制原理4、Switch变流系统的电机侧控制原理5、Switch变流系统和主控的联系

6、Switch变流系统的柜体内部冷却第1页/共33页主要内容：第1页/共33页2一、Switch变流系统主拓扑结构

该变流器采用可控整流的方式把发电机发出的交流电整流为直流电，通过网侧逆变单元把直流电逆变为工频交流电馈入电网。其控制方式为分布式控制，即每个功率单元都能够独立的执行控制、保护、监测等功能，功率单元之间则通过现场总线连接。这种方式和它的主电路拓扑结构相对应。

第2页/共33页一、Switch变流系统主拓扑结构3Switch变流器系统原理图

第3页/共33页Switch变流器系统原理图第3页/共33页4如图所示：1U1为网侧逆变功率模块，2U1和3U1为发电机侧整流功率模块，4U1为制动功率模块，3H1为预充电模块。网侧逆变功率模块1U1的作用是将直流母线上的电能转换成为电网能够接受的形式并传送到电网上。而发电机侧整流功率模块2U1和3U1则是将发电机发出的电能转换成为直流电能传送到直流母线上。制动功率模块4U1则是在某种原因使得直流母线上的电能无法正常向电网传递或直流母线电压过高时，将多余的电能在电阻4R1和5R1上通过发热消耗掉，以避免直流母线电压过高造成器件的损坏。

3H1模块的作用是在变流器工作之前，给直流母排进行预充电，因为直流母排上带有容量很大的电容器，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。

第4页/共33页如图所示：1U1为网侧逆变功率模块，2U1和35二、Switch变流系统控制框图

第5页/共33页二、Switch变流系统控制框图第5页/共33页6变流控制柜机柜第6页/共33页变流控制柜机柜第6页/共33页7

网侧断路器1Q1机械锁定钥匙的钥匙把的位置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。变流控制柜机柜1第7页/共33页网侧断路器1Q1机械锁定钥匙的钥匙把的位置处于水平方8变流控制柜机柜2第8页/共33页变流控制柜机柜2第8页/共33页9变流控制柜3第9页/共33页变流控制柜3第9页/共33页10

复位故障选择键

1）数值确认2）故障历史复位

1）菜单和页的上翻2）数值的增加

1）菜单和页的下翻2）数值的减少

1）菜单返回2）数字位向左选择

3）退出编辑模式

1）菜单进入2）数字位向右选择

3）进入编辑模式启动按钮停机按钮按键功能描述：第10页/共33页按键功能描述：第10页11变流控制柜机柜4、5第11页/共33页变流控制柜机柜4、5第11页/共33页12变流控制盒第12页/共33页变流控制盒第12页/共33页13

变流柜中采用的功率模块都是VACON公司生产的通用变频器。这里所说的控制器也是VACON公司为变频器所配的控制器。这些控制器和功率模块一一对应，相互之间通过光纤/CAN总线互连。从硬件上看，这些控制器的基本配置一致，从控制角度看，1U1控制器是变流器的控制核心，通过它变流器完成和WTC（机组主控制器）之间的信息和命令交互，同时完成对其他控制器的操作。第13页/共33页变流柜中采用的功率模块都是VACON公司14

1U1和2U1及3U1之间通过光纤和CAN总线连接，而4U1通过CAN总线与其它控制器连接，这是因为1U1/2U1/3U1之间需要高速通讯以满足系统正常运行所需，而制动功率模块的相应时间可以慢一些。

第14页/共33页1U1和2U1及3U1之间通过15三、网侧控制原理

在全功率变流系统中，为便于分析，通常将电网侧逆变功率单元1U1称为网侧变流器，将发电机侧整流功率单元2U1、3U1称为电机侧变流器。网侧变流器1U1的作用是将直流母线上的有功功率转换为恒幅恒频的三相交流电馈入电网，保证功率因数，并减小对电网的谐波污染。其控制原理框图为：

第15页/共33页三、网侧控制原理在全功率变流系统中，为便16

网侧功率模块控制原理框图第16页/共33页网侧功率模块控制原理框图第16页/共33页17

从图中可以看到，其控制对象为网侧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。第17页/共33页从图中可以看到，其控制对象为18

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（机组主控制器）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：式中Idref为无功电流，Q为无功给定，Us为电网电压。

第18页/共33页其中电网电压为可选项，实

根据电网电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。

第19页/共33页根据电网电压也可以产生无功输出20

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。第20页/共33页当直流母线上输入有功功率21发电机侧功率模块控制原理框图

四、电机侧控制原理

第21页/共33页发电机侧功率模块控制原理框图四、电机侧控制原理第21页/22

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θr。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。

第22页/共33页从图中可以看到这里只给出了23

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θr。根据这个位置角θr，对检测得到的发电机定子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。第23页/共33页从框图上可以看到这里采用24

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。

第24页/共33页转矩电流的参考给定有两个来源：

（1）由转速参25

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θr，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。第25页/共33页在得到励磁电流/转矩电流26制动功率模块使用原理（典型应用）第26页/共33页制动功率模块使用原理（典型应用）第26页/共33页27五、Switch变流系统和主控的联系

1、主电缆

（1）变流系统电源电缆

400VAC，5х4mm2

（2）变流系统UPS电源电缆

230VAC，3х1.5mm2

（3）电流互感器电缆

400VAC，4х1.5mm2

（4）电控系统总电源电缆

690VAC，3х10mm2第27页/共33页五、Switch变流系统和主控的联系1、主电缆

（1）变流282、控制和通信电缆（1）ProfibusDP通信电缆；（2）控制线，24VDC，10x1mm2。第28页/共33页2、控制和通信电缆第28页/共33页292.1控制和通讯信号

（a）主控到变流的DP信号（b）变流到主控的DP信号（c）硬件控制线的控制信号第29页/共33页2.1控制和通讯信号第29页/共33页302.2变流和主控连接的10芯控制线的控制信号

①变流系统准备启动；②变流系统故障；③变流系统急停；④变流系统急停复位；⑤变流系统启动使能；第30页/共33页2.2变流和主控连接的10芯控制线的控制信号

①31

6、Switch变流系统的柜体内部冷却

Switch变流控制柜内有一套风冷却系统，可以在变流柜内形成风冷却循环以防止出现局部过热现象，并且柜体内还装有湿度监测传感器，以保障变流系统在适宜的湿度下工作。第31页/共33页

6、Switch变流系统的柜体内部冷却

S32谢谢！Thankyou!第32页/共33页谢谢！Thankyou!第32页/共33页33感谢您的观看。第33页/共33页感谢您的观看。第33页/共33页34金风15MW风机Switch变流系统培训金风15MW风机Switch变流系统培训35主要内容：1、1.5MW机组Switch变流系统主拓扑结构2、Switch变流系统控制框图3、Switch变流系统的电网侧控制原理4、Switch变流系统的电机侧控制原理5、Switch变流系统和主控的联系

6、Switch变流系统的柜体内部冷却第1页/共33页主要内容：第1页/共33页36一、Switch变流系统主拓扑结构

该变流器采用可控整流的方式把发电机发出的交流电整流为直流电，通过网侧逆变单元把直流电逆变为工频交流电馈入电网。其控制方式为分布式控制，即每个功率单元都能够独立的执行控制、保护、监测等功能，功率单元之间则通过现场总线连接。这种方式和它的主电路拓扑结构相对应。

第2页/共33页一、Switch变流系统主拓扑结构37Switch变流器系统原理图

第3页/共33页Switch变流器系统原理图第3页/共33页38如图所示：1U1为网侧逆变功率模块，2U1和3U1为发电机侧整流功率模块，4U1为制动功率模块，3H1为预充电模块。网侧逆变功率模块1U1的作用是将直流母线上的电能转换成为电网能够接受的形式并传送到电网上。而发电机侧整流功率模块2U1和3U1则是将发电机发出的电能转换成为直流电能传送到直流母线上。制动功率模块4U1则是在某种原因使得直流母线上的电能无法正常向电网传递或直流母线电压过高时，将多余的电能在电阻4R1和5R1上通过发热消耗掉，以避免直流母线电压过高造成器件的损坏。

3H1模块的作用是在变流器工作之前，给直流母排进行预充电，因为直流母排上带有容量很大的电容器，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。

第4页/共33页如图所示：1U1为网侧逆变功率模块，2U1和339二、Switch变流系统控制框图

第5页/共33页二、Switch变流系统控制框图第5页/共33页40变流控制柜机柜第6页/共33页变流控制柜机柜第6页/共33页41

网侧断路器1Q1机械锁定钥匙的钥匙把的位置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。变流控制柜机柜1第7页/共33页网侧断路器1Q1机械锁定钥匙的钥匙把的位置处于水平方42变流控制柜机柜2第8页/共33页变流控制柜机柜2第8页/共33页43变流控制柜3第9页/共33页变流控制柜3第9页/共33页44

复位故障选择键

1）数值确认2）故障历史复位

1）菜单和页的上翻2）数值的增加

1）菜单和页的下翻2）数值的减少

1）菜单返回2）数字位向左选择

3）退出编辑模式

1）菜单进入2）数字位向右选择

3）进入编辑模式启动按钮停机按钮按键功能描述：第10页/共33页按键功能描述：第10页45变流控制柜机柜4、5第11页/共33页变流控制柜机柜4、5第11页/共33页46变流控制盒第12页/共33页变流控制盒第12页/共33页47

变流柜中采用的功率模块都是VACON公司生产的通用变频器。这里所说的控制器也是VACON公司为变频器所配的控制器。这些控制器和功率模块一一对应，相互之间通过光纤/CAN总线互连。从硬件上看，这些控制器的基本配置一致，从控制角度看，1U1控制器是变流器的控制核心，通过它变流器完成和WTC（机组主控制器）之间的信息和命令交互，同时完成对其他控制器的操作。第13页/共33页变流柜中采用的功率模块都是VACON公司48

1U1和2U1及3U1之间通过光纤和CAN总线连接，而4U1通过CAN总线与其它控制器连接，这是因为1U1/2U1/3U1之间需要高速通讯以满足系统正常运行所需，而制动功率模块的相应时间可以慢一些。

第14页/共33页1U1和2U1及3U1之间通过49三、网侧控制原理

在全功率变流系统中，为便于分析，通常将电网侧逆变功率单元1U1称为网侧变流器，将发电机侧整流功率单元2U1、3U1称为电机侧变流器。网侧变流器1U1的作用是将直流母线上的有功功率转换为恒幅恒频的三相交流电馈入电网，保证功率因数，并减小对电网的谐波污染。其控制原理框图为：

第15页/共33页三、网侧控制原理在全功率变流系统中，为便50

网侧功率模块控制原理框图第16页/共33页网侧功率模块控制原理框图第16页/共33页51

从图中可以看到，其控制对象为网侧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。第17页/共33页从图中可以看到，其控制对象为52

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（机组主控制器）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：式中Idref为无功电流，Q为无功给定，Us为电网电压。

第18页/共33页其中电网电压为可选项，实

根据电网电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。

第19页/共33页根据电网电压也可以产生无功输出54

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。第20页/共33页当直流母线上输入有功功率55发电机侧功率模块控制原理框图

四、电机侧控制原理

第21页/共33页发电机侧功率模块控制原理框图四、电机侧控制原理第21页/56

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θr。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。

第22页/共33页从图中可以看到这里只给出了57

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θr。根据这个位置角θr，对检测得到的发电机定子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。第23页/共33页从框图上可以看到这里采用58

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。

第24页/共33页转矩电流的参考给定有两个来源：

（1）由转速参59

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θr，对这两个给定