一、UP3000-100水冷变频器概述与硬件(北京国电思达科技有限公司)

ACS800-67LC风力发电变流器(水冷)概述与硬件山西代县雁门关一期3MW项目北京国电思达科技有限公司编制：郭萧平目录一、整体概述1.1风力发电变流器系统的方框图1.2变流器动力电缆接线图1.3简化结构图二、柜体介绍以及内部讲解2.1柜体介绍2.2柜体内部介绍2.3辅助控制柜(ACU)2.4转子侧/网侧变流器2.5LCL滤波柜2.6并网柜2.7控制板之间的连接三、启动与控制3.1变流器控制3.2主控制字和CCU状态字介绍3.3启动时序3.4变流器控制时序图3.5主控控制命令3.6正常启动和停止时序风力发电变流器包含两个部分，即转子侧变流器和网侧变流器。在这两个变流器之间放置一个直流回路电容器作为储能装置，目的是将直流回路中的电压波动（或波纹）保持在很低水平。两个变流器均由内部控制固件基于直接转矩控制(DTC)技术进行独立控制。对于转子侧变流器，可以控制发电机的转矩或者转速，也可以控制定子端的功率因数。网侧变流器控制直流回路电压保持恒定。装备有双馈异步发电机的风力发电系统，定子始终向三相电网产生能量，然而转子产生功率的方向取决于滑差频率的符号。当滑差频率为正（次同步工作），则通过网侧变流器从三相电网中吸取能量，通过滑环由转子侧变流器输送给转子。在次同步工作中，定子产生的部分功率返回到转子内。一、整体概述S：双馈电机的转差率：电机极对数：电网频率：同步转速，定子对称三相绕组施以对称三相电压，有对称三相电流流过时，会在电机的气隙中形成一个旋转的磁场，这个旋转磁场的转速称为同步转速：电机转子本身的旋转速度转子三相对称绕组上通入频率为

的三相对称电流，所产生旋转磁场相对于转子本身的旋转速度为：在异步电机转子以变化的转速转动时，只要在转子的三相对称绕组中通入转差频率（即）的电流，则在双馈电机的定子绕组中就能产生50Hz的恒频电势;只要控制好转子电流的频率就可以实现变速恒频发电双馈电机的基本工作原理K1ISUCONTACTORK102STATORCONTACTORQ101GRIDSIDECIRCUITBREAKER

120×fn同步速度（rpm）=-----------------

pp=发电机极数fn=电网的额定频率1.1风力发电变流器系统的方框图1、转子侧变流器由基于IGBT的逆变模块组成并且使用NDCU-33C控制单元。转子侧变流器配置了双馈感应式发电机控制应用程序，并通过光纤链路控制网侧变流器模块。转子侧变流器模块控制发电机转矩和定子/转子侧的功率因数。2、网侧变流器在IGBT的模块基础上，安装网侧滤波器(LCL)、接触器、直流熔断器和可选装置。

并配备带有网侧控制程序的RDCU-12控制单元。

网侧变流器由转子侧变流器控制单元通过光纤链路进行控制。RDCU-12C控制单元配备包含光纤端口的RDCODDCS通讯选件模块。网侧变流器可将三相交流电整流为用于变流器中间直流回路的直流电。

中间直流回路为转子侧变流器供电。网侧滤波器用来抑制交流电压和电流谐波。1.2变流器动力电缆接线图LCLISUINU1.3简化结构图15432编号编号描述1辅助控制柜(ACU):带有辅助设备的柜体，例如辅助电压断路器、控制电路和测量板等2转子侧变流器:连接到发电机的变流器并控制电机运行。转子侧变流器也被称为逆变单元或INU3网侧变流器:变流器连接到供电网络（电网），变流器能够实现能量从直流母线传输到电网，网侧变流器也称为ISU。4LCL滤波器柜(FIU):网侧滤波器，抑制电压畸变和电流谐波。网侧变流器的主要部件。5并网柜:ICU800-67LC进线单元二、柜体介绍以及内部讲解2.1柜体介绍柜门打开，拆下护罩，内部如如所示8821212222132.2柜体内部介绍1并网柜的动力电缆端子（母排）（定子电缆端子位于电网电缆端子的后侧）12LCL滤波器2PE端子13整流模块（位于crowbar外开式框架后部）3并网柜的冷却风机14逆变模块（位于crowbar外开式框架后部）4主断路器(MCB1)15模块冷却风机5定子接触器(MCB3)，包括2个，采用背靠背方式安装。16辅助控制单元冷却风机6过压保护设备（可选件+F281）防雷17转子侧动力电缆端子（位于可拆卸风机后部）7交流熔断器和指示器（如果有的话，位于过压保护设备后侧）18带有控制电路的推拉式框架8烟雾探测器19冷却管路9辅助断路器20Crowbar（位于外开式框架内）10辅助电压电源（可选）21直流回路熔断器11网侧变流器接触器K1，位于充电回路(MCB2)后侧22共模滤波器2.3辅助控制柜(ACU)1辅助电路供电开关11NTAC224V电源（230V变24V）12NCAN3延时继电器13NDCU4安全继电器14NAMU5APBU-44C15NUIM615V电源（24V变±15V）167RAIO178RDCO189RDCU1910NETA20123465789101112131514柜中元件内容：变流器的不间断辅助电源(UPS)变流器的辅助电源（非UPS）变流器上配有一路单相由UPS供电的230VAC(50/60Hz)电路，用于控制电路。变流器上配有一路单相230VAC(50/60Hz)电路，用于加热控制逻辑和冷却风机供电单元。设备图中的编号电路图中的设备名辅助电路供电开关1F11、F12、F13、F18P14P10P24设备图中的编号电路图中的设备名24V电源（230V变24V）2G10设备图中的编号电路图中的设备名延时继电器3K4、K26、K33设备图中的编号电路图中的设备名安全继电器4A21设备图中的编号说明电路图中的设备名APBU-44C5使用PPCC通讯协议的光纤分配单元。该单元用于将并联的逆变模块（ATNT）连接到RDCU/NDCUA415（INU）、A515（ISU）设备图中的编号电路图中的设备名15V电源（24V变±15V）6G11→给NUIM供电设备图中的编号说明电路图中的设备名RAIO7模拟I/O扩展模块，监控入口和出口冷却液的温度A519设备图中的编号说明电路图中的设备名RDCO8带有光纤通道的DDCS通信选件A519设备图中的编号说明电路图中的设备名RDCU9包含有一块RMIO(电机控制和I/O)板的传动控制单元。RDCU单元控制着网侧变流器。A51设备图中的编号说明电路图中的设备名NETA10以太网适配器模块A31借助ACS800NETA模块可以连接到通道CH0和CH3。现场总线控制通道CH0用来控制和监控变频器。工具通道CH3用于监控和调试。设备图中的编号说明电路图中的设备名NTAC11脉冲编码器接口模块A419设备图中的编号说明电路图中的设备名NCAN12CANopen适配器模块A418在NCAN-02模块上有三种状态指示灯，其标志分别为DDCS、NS（网络状态）和MS（模块状态）。这些指示灯是双色（绿色/红色）的，并带有白色漫射镜头设备图中的编号说明电路图中的设备名NDCU13变频器控制单元。由AMC板和NIOC板组成，固定在金属壳体中。NDCU单元控制转子侧变流器。AMC-33CA41NIOC-01A42设备图中的编号说明电路图中的设备名NAMU14辅助测量单元,连接到RDCO模块的CH2。执行IGBT供电单元RMIO板的电压测量A11设备图中的编号说明电路图中的设备名NUIM15电压和电流测量单元。AMC板的电压和电流测量。A45NUIM-6x电压测量电压U1、V1和W1在定子回路断路器/接触器的两侧分别测量。690VAC电网电压连接到电压和电流测量单元(NUIM)。NUIM-6x电流测量通过电流互感器(CT)测量U1和W1两相定子电流。CT变比是满载时一次侧电流输入与二次侧电流输出之比。例如，CT变比2500:1适用于满载2500安培的一次侧电流，当一次侧流过2500A时，将产生1A的二次侧电流。如果一次侧电流改变，二次侧电流输出将相应改变。例如，如果1500A流经2500A额定一次线圈，则二次侧电流输出将为0.6A(1500:2500=0.6:1).直流熔断器共模滤波器整流逆变R8i模块Crowbar外形尺寸为R8i的模块用在ISU和INU并联安装使用。直流电压通过熔断器从母排获得。将直流母排穿过铁心执行共模滤波。与发电机连接通过模块后部的快速连接器实现，模块插入柜体时互相连接。可以从连接器将电缆直接穿过柜体底板。通过母排将每个并联模块内部连接到逆变模块柜。冷却液从前部底部进入，从顶部排出。在模块内部，冷却液流经散热器以及空-液热交换器。模块下的冷却风扇强制空气流经空-液热交换器和模块本身。编号描述1直流连接（UDC+和UDC-）2AINT板光纤连接器。连接到控制单元。3端子排X17（未使用）4把手5冷却液输入连接6冷却液排出连接7交流连接(U2,V2,W2)。交流连接的快速连接器位于模块后。INU/ISU模块2.4转子侧/网侧变流器1.5MW风扇控制2.4.1模块内部结构图打开盖板后，模块内部从上到下依次如图所示APOWER板AINT板NRED模块AOFC-03板2.4.2模块内部控制板NRED挂在1000V的直流母线上，红线为直流正，黑线为直流负；NRED主要起稳压作用NRED降压板APOWER电源板:将1000V直流电变成5V或者24V的直流电给AINT供电AINT主电路接口板:它直接受控于NDCU，AINT直接出发IGBT的导通关断，IGBT触发线共有3跟分别控制U、V、W三相;AINT正常会亮两个绿灯，如果灯不亮，则测量一下APOWER板的保险，确认下直流电是否给过来。AINT无AGPS连接时跳线IGBT触发线采集直流电压送到AINT，最终送到NDCU；所以NDCU可以读出直流电压值。INU内的CT，CT有3个测输出交流电的电流，将测量值传递给AINT最后传给NDCU放电电阻，当风机停机时ISU(INU)的直流电通过风电电阻将能量释放侧面打开侧面打开INU模块内部的电抗器，电抗器内有一个测温点接到AINT的X10端子IGBT-AGDR门极驱动板2.4.2CrowbarCrowbar作用：为了保持对电机的精确控制，传动必须对转子电流的变化做出响应。在电网严重故障期间（比如短路或瞬间掉电）的情况下，使用无源或有源Crowbar保证转子电流运行在限幅值内，保护传动单元。有两种类型的Crowbar：不允许电网故障穿越的无源Crowbar和允许电网故障穿越的有源Crowbar。无源Crowbar作用原理：无源Crowbar通过监测直流母排上的直流电压。如果直流电压大于1210V，Crowbar被触发，致使变频器立即与电网分离。有源Crowbar作用原理：有源Crowbar是由转子侧变流器INU的控制板AMC33控制在电网严重瞬变期间变频器仍能保证与电网连接，保持变频器并网状态。Crowbar的开通与关断是基于电网电压严重瞬变对转子侧变流器的影响。当Crowbar开通时，转子侧变流器被短路。完成低电压穿越是通过设置控制板中的参数，设定当电网电压低于某一设定值时，变频器通过Crowbar反馈无功电流来完成电网支撑Crowbar转子侧保护电路在故障时候的作用主要有两个:一是限制故障时候转子侧的过电流二是限制故障时候直流侧的过电压低电压穿越含义：当电网电压下降至一个可接受的范围内时（见下图的电压降图的阴影部分），变频器必须保证与电网相连。电网支撑功能直到电压降开始后大约100-150ms启动工作，向电网反馈无功电流，这段时间需要用来稳定发电机。在那之后，传动开始通过产生容性无功功率来支撑电网。渡过电压瞬变区域。主接触器K1充电电路电阻FUSESF10.1/2/3FUSESF9.2/3FUSESF45.3.1/2/3后

面2.5LCL滤波柜定子接触器K102，MCB3主断路器Q101，MCB1防雷交流熔断器位于过压保护设备后侧FUSESF1081/2/34/5/6后侧2.6并网柜2.7控制板之间的连接DCFUSESGINUAINT-14CINUAINT-14CAITFV2V1V3V5V4NCBCV10V16CB1INUU11.1U11.2U6.1ISUAINT-14CISUAINT-14CAITFV2V1V3V5V4NCBCV10V16CB2ISUU1.1U1.2U6.2CH1CH2APBU-44CCNTL1TRIGGERA515CH1CH2APBU-44CCNTL1TRIGGERA415startenabledgridMCBon/offgridMCBtripstratMCBon/offCBtriggeredstatorMCBtripConverterfaultgridMCBcontrolstatorMCBcontrolNIOC-01CAMC-33V25/26DI1DI2DI3DI4DI5DI6RO1RO2RO3INT0INT1CH0CH1CH2CH3CH4CH5CH6CH7NDCU-33CXA41A42alarms/faultsstatusstartenabledISUcontactorstatusLowtemperaturecontrolBrakechopperfaultcapacitorchargingISUcontactorcontrolRMIO-12CRDCO-12CDI1DI2DI3DI4DI5DI6DI7RO1RO2RO3CH0CH1CH2CH3RDCU-12CInverterA51PPCSINUPPCSU/INUIM-6XCA45NCAN-02CA419PLCWTCfieldbusNAMU-01CA11NTAC-02CA418LCLK1K2MCB2ACFUSESQ101MCB1K102MCB3T104T105FUSESF1084/5/6FUSESF1081/2/3NETAA31rotorstator直流母排现场总线双股光纤单股光纤三相动力电缆普通电缆statorvoltagemeasurementgridvoltagemeasurementFUSESF10.1/2/3FUSESF9.2/3FUSESF45.3.1/2/3F121.1/2/3OvervoltageprotectionvoltagemeasurementT102T103T101DCFUSES3.1变流器控制WTC为变流器的上位机控制器。它通过现场总线连接到转子侧变流器的NDCU控制单元上。转子侧变流器控制程序根据上位机控制器发来的给定值和命