初识双馈变流器

初识双馈变流器时间：2016.05.07课程内容•变流器产品特点•变流器总体结构•变流器工作原理•1）零功率并网，对电网冲击小；•2）宽范围并网，亚同步、超同步均可并网，4s内可完成并网动作，快速响应发电机的各种动态变化，可适应不同主控并网要求；•3）功率闭环控制，响应精度高，电网电压平稳；•4）产生所需要的转矩、功率；•5）产生所需要的无功功率；•6）具备低电压穿越功能；•7）合理的热设计，既可在极低温度下启动成功，又可在高温时保持各部件温度低，保证使用寿命；•8）模块化结构，较少的平均维护时间；•9）合理的设计，方便安装与维修，可实现单人单机维护；•10）良好的电网连通性，很好的电源质量。变流器的特点通风窗通风窗通风窗通风窗A3柜A2柜A1柜变流器总体结构•变流器由A1柜-功率柜，A2柜-控制柜，A3柜-并网柜三部分组成，其整体外观如下图所示。A1柜-功率柜•A1柜（功率柜）包括了变流器的功率部分，它的作用是实现发电机转子与电网之间的能量的交换，通过对发电机转子励磁电流的控制，实现对发电机定子电压的频率、幅值、相位及有功、无功的控制，从而达到并网要求，实现变流器并网发电。A1柜的主要部件如下图所示。直流卸荷模块直流电容网侧功率单元电流传感器电抗器冷却风道滤波电抗器du/dt电抗器吸收电阻转子侧防雷电流传感器机侧功率单元直流电容Crowbar模块图3A1柜的主要部件位置（正视图）直流卸荷的作用：保护直流母线，防止母线过压，电网电压跌落时，释放直流母线的能量。低电压穿越技术：电网电压跌落时，释放发电机转子侧能量。直流电容：支撑直流母线电压,电网侧变流器与电机侧变流器通过直流侧电容相连，电容起到稳压与能量缓冲的作用。机侧、网侧功率单元：主要是两个IGBT桥式全控整流和逆变。电网侧电抗器：主要应用于控制直流母线升压和滤波作用。电机侧电抗器：主要是抑制谐波。A2柜（控制柜）•A2柜（控制柜）包括了变流器的控制部分，由前后两部分组成，前面一部分是电路板，实现了信号调理、控制信号产生和通讯等功能，后面一部分是网侧主接触器和热过载继电器回路。•A2柜的部件位置如图5、图6、图7和图8所示。电网侧CPU板网侧I/O板电流转换电压板电机侧CPU板码盘板机侧IO板A2AP4A2AP5A2AP23A2AP1A2AP3A2AP2电流采集及温度采集板直流电压板网侧交流电压测量板电流采集及温度采集板机侧交流电压测量板A2B2A2B3A2AP10A2AP9A2AP8A2AP7A2AP6A2DYA2WG1A2WG2图5A2柜控制部分（正视图）图6A2柜控制部分(后视图)A2柜电路板功能说明序号标签名称功能说明1A2AP1电网侧CUP板实现电网侧变流器的矢量控制算法和逻辑控制，完成和主控的通信和信息处理。2A2AP2电流转换电压板完成定子的电流互感器的信号模式转变。3A2AP3电机侧CPU板实现电机侧变流器的矢量控制算法和逻辑控制，完成和主控的通信和信息处理。4A2AP4码盘板完成对码盘供电电压选择和对码盘信号的处理。5A2AP5机侧IO板用于变流器内部执行器件的控制和状态检测，对外实现和主控的通讯。6A2AP6电流采集及温度采集板对电网和变流器内部网侧的电压、电流和温度等信号进行调理。7A2AP7直流电压板对于直流母线电压信号进行调理。8A2AP8网侧交流电压测量板对于电网的电压信号进行采集和调理。9A2AP9电流采集及温度采集板对电网、电机和变流器内部转子侧的电流和温度等信号进行调理。10A2AP10机侧交流电压测量板对电机定子侧和电网的电压信号进行采集和调理。11A2AP23网侧IO板用于变流器内部执行器件的控制和状态检测，对外实现和PC机通讯。A2AP1电网侧CPU板X1码盘板供电、码盘信号传输X9供电端子X15开关量输出、输入端子X2供电电源端子X3驱动信号端子X23交流电压输入端子X6网侧电流采样输入端子CAN通讯接口485通讯接口电源指示灯232通讯接口A2AP23电网侧IO板供电端子连接网侧CPU板为直流卸荷驱动板供电、发送信号连接监控界面连接机侧485连接网侧485A2AP2电流转换电压板电流输入端子电压输出端子A2AP3机侧CPU板X1码盘供电、码盘信号传输X9供电端子X15开关量输入、输出端子X2供电电源端子X3驱动信号端子X23交流电压输入端子X6转子电流采样输入端子CAN通讯接口485通讯接口电源指示灯232通讯接口A2AP4码盘板电源端子电源端子开关信号端子码盘信号和开关信号端子为发电机码盘供电、并获取码盘脉冲信号外部编码器供电电压选择供电模式选择A2AP5机侧IO板信号端子电源端子传递低电压穿越驱动信号开关量输入端子开关量输出端子为低电压穿越驱动板供电A2AP6网侧电流采集及温度采集板电源输入端子电源输出端子驱动信号端子网侧电流采样端子开关量输出端子为功率单元驱动板供电，传送驱动信号网侧电流输入端子A2AP7直流电压检测板电压信号输出端子直流母线电压输入端A2AP8网侧交流电压测量板电网电压输入端电压信号输出A2AP9机侧电流采集及温度采集板电源输入端子电源输出端子驱动信号端子网侧电流采样端子开关量输出端子为机侧功率单元驱动板供电，传送驱动信号网侧电流输入端子A2AP10机侧交流电压测量板电源输入端子电压信号输出定子电压信号输入端驱动板•AP11板/AP12板/AP13板为电网侧三相驱动板，AP14板/AP15板/AP16板为转子侧三相驱动板。•每块驱动板可以驱动一个桥臂的两个IGBT管子，其控制脉冲——PWM波来自CPU板，由驱动板X2引入，为两路互补信号，为了防止上下桥臂的直通，在管子过渡区还加入了死区控制。在驱动故障时，驱动板的IPM报警信号也是通过X2最终返回CPU板。另外，驱动板上还有两路温度传感器接口，测得的温度信号也要通过X2最终返回CPU板。缓冲电容板•缓冲电容板板号AP20，电路板编号KN001020111，装在功率单元的PN两端，作用为吸收IGBT引起的母线电压尖峰。•缓冲电容版的示意图如下；母线电压电容均压板•母线电压电容均压板(板号KN001018111)，主要用于直流母线上电解电容均压以及停机后直流母线电压放电作用。卸荷驱动板•卸荷驱动板主要用于驱动直流卸荷装置中的IGBT管，驱动信号以及故障信号通过X2和网侧IO板（编号KN001023141）的X2传输。•卸荷驱动板示意图如下；EMC电阻板•EMC电阻板是用于通过接地电阻及与此板并联的三个大电容，进行网侧电压滤波，提高网侧EMC特性。缓冲吸收电容板•缓冲吸收电容板要用于吸收IGBT关断时的电压尖峰以保护IGBT。•缓冲吸收电容板示意图如下：图7A2柜开关部分（正视图）A2Q1A2Q2A2Q3A2X1UK5N(共11位)A2K14A2Q12A2Q9A2Q11A2Q10A2Q7A2Q8A2K13A2K16A2Q6A2K4A2K15A2K1A2K3A2K2A2K10A2K9A2K7A2K6A2K5A2K12A2K8A2K11A2F7A2F8A2XS1图8摇臂门后面（正视图）EMCIGBT快速熔断器网侧主接触器熔断器隔离开关交流滤波回路接触器和热继A2F2A2F3A2F4A2Q5A2F1A2F5A2Q4A2B1A2C2A2C1A2C3A3柜（并网柜）•A3柜（并网柜）主要用于实现变流器与电网的并网、脱网，满足用户配电需求，实现与主控制器的信号交互功能。•A3柜的外观如图9所示。电阻电容组件滤波电容UPS电源A3F4A3F9A3Q1A3Q4A3Q8并网柜安装板并网接触器断路器熔断器隔离开关断路器图11A3柜部件位置（正视图）图12A3柜部件位置（后视图）A3B3A3B2A3B1A3B5A3B4并网接触器网侧进线电流互感器定子侧电流互感器变流器工作原理•当外界风速变化导致机组发电机转速变化时，变流器通过控制转子的励磁电流频率来改变转子磁场的旋转，使发电机的输出电压、频率和电网电压始终保持一致。变流器的工作原理如下图所示。变流器的工作原理图fsnpfsfrf601由交流异步发电机的原理可得下面关系式：其中f1为定子电流频率,n为发电机转速,p为电机极对数，fs为转子励磁电流频率，由该公式可知，当风速变化引起发电机转速n变化时，若控制转子供电频率fs相应变化，可使发f1保持不变，与电网电压保持一致，这就是交流励磁发电机变速恒频运行的基本原理。在亚同步时，电网侧变流器工作在整流状态，电机侧变流器工作在逆变状态，能量由电网流向双馈发电机转子，母线电压始终维持稳定。超同步时，电网侧变流器工作在逆变状态，电机侧变流器工作在整流状态，能量由双馈发电机转子流向电网。