变频器和Crowbar.ppt

华锐风电科技 集团 股份有限公司 变频器 05 58 14 1 目录 变频器基础知识PM1000变频器PM3000变频器AMSC变频器在双馈风力发电系统中的应用 05 58 14 2 第一章变频器基础知识 05 58 14 3 变频器的定义与应用 什么是变频器变频器是利用电力半导体器件的通断作用将工频电源变换为另一频率的电能控制装置变频器的应用太阳能及风力发电 高压直流输电 电动机车 舰船 电动汽车等节能绿色交通工具 各类电动机 异步 同步 绕线 变频 无刷 开关磁阻等 05 58 14 4 变频器的功率元件 IGBT InsulatedGateBipolarTransistor绝缘栅双极型晶体管 05 58 14 5 05 58 14 6 晶体管类 晶闸管 都是不能被控制关断的器件 电力电子中的电力二极管和电力晶闸管属于半控型器件 如果用于整流用六个二极管构成一个整流桥堆 由于导通相角不可以被控制 实际上是不可关断的 但是IGBT是全控设备 可以任意控制导通角 控制关断和开通 这样输出特性可以被任意调整 此外IGBT与晶闸管的原理 材料和工艺也不相同 工作原理 反应时间 能耗 寿命都不完全相同 05 58 14 7 变频器硬件电路图二极管整流谐波较大 整流电压不可调 价格便宜 IGBT整流谐波较小 整流电压可调 价格昂贵 变频器的功率模块 IGBT InsulatedGateBipolarTransistor绝缘栅双极型晶体管 05 58 14 8 变频器的分类 根据变流环节不同分类 交 直 交变频器交 交变频器 根据直流电路的储能环节 滤波方式 分类 电压型变频器电流型变频器 根据电压的调制方式分类 脉宽调制 PWM 变频器脉幅调制 PAM 变频器 按照工作原理分类 可以分为V f控制变频器 转差频率控制变频器和矢量控制变频器等 按其供电电压分类 低压变频器 110V220V380V 中压变频器 500V660V1140V 和高压变频器 3KV3 3KV6KV6 6KV10KV 05 58 14 9 变频器的控制方式 U f C的正弦脉宽调制 SPWM 控制方式 控制电路结构简单 成本较低 输出电压较低 转矩受定子电阻压降的影响比较显著电压空间矢量 SVPWM 控制方式以逼近电机气隙的理想圆形旋转磁场轨迹为目的 没有引入转矩的调节矢量控制 VC 方式三相 二相变换 实现正交或解耦控制 具有划时代的意义直接转矩控制 DTC 方式简洁明了的系统结构 优良的动静态性能矩阵式交 交控制方式 该技术目前虽尚未成熟 处于研究阶段 05 58 14 10 交 直 交变频器 逆变 整流 电源 05 58 14 11 05 58 14 12 第二章PM1000变频器 PM1000模块化设计 模块化结构可以快速组装来适应不同应用 05 58 14 13 PM1000是什么 电源转换器架构包括印刷电路板 PCB 设计 配有一流的IGBT 控制算法和空气或液体冷却 嵌入式控制器和特定应用的接口板的集成 以及模块化且可升级的电极设计 提供了无与伦比的多功能性 使PM1000转换器成为工业和电源转换应用的理想选择 可串行和 或并行配置多个PM1000转换器 从而构成更高电压和更大额定功率的转换器和系统 的固有架构能够为快速配置新的应用硬件和软件 用户可自设参数使之能够达到用户所需的性能并且能够实时转换 05 58 14 14 PM1000功率模块 IGBT的二极管检查 用万用表的蜂鸣档 所有的电极到直流母排正极应该是有一个二极管管压降 直流母排正极到所有的电极是无穷大的 所有电极到直流母排负极正好相反 短路说明IGBT被击穿 断路说明IGBT被烧断 05 58 14 15 模块组装范例 LSC 数字输入输出双数字信号处理器光纤通讯母线非电解电容门极驱动器少内部连接 备用电源单独水冷回路 05 58 14 16 内部控制板的组成 功能 变频器系统 PM1000特性 控制特性双DSPPWM控制3kHzPWM脉宽调制CPLD硬件保护和信号通道多路运算开关数字信号输入输出 硬件保护过电流超温IGBT过饱和母线过电压电源监视 05 58 14 18 PM1000技术规格 05 58 14 19 系统功率 1500kW额定电压 690VAC 10 电源频率 50Hz 2Hz连接电压 1000 1100VDC转子最高有效电压 700VAC操作频率 3kHz 变频器系统 PM1000变频器主要技术参数 功率因数 容性0 95 感性0 90滑差范围 30 滑差就是发电机电压和系统电压频率的差 频差 发电机并网时 要求滑差应小于允许值 电压不对称度 2 程序内极限差20VAC 电流不对称度 10 变频器系统 05 58 14 22 05 58 14 23 发电机侧变频器与发电机转子相连 功率容量上 两倍于网侧变频器 软件上 发电机侧变频器采用矢量控制 接受来自发电机的速度反馈并进行解藕 控制两个量 发电机的力矩发电机的无功功率 05 58 14 24 网侧变频器与电网连接 软件上 电网侧变频器控制两个量 直流母线电压发电机无功功率 网侧变频器与电机侧变频器的功能 网侧变频器 控制直流母排电压预充电网侧电压同步检测电网电压测量 电机侧变频器 发电机扭矩控制功率因数控制发电机定子电压控制发电机速度检测触发crowbar 05 58 14 25 PM1000一次接线示意图 05 58 14 26 PM1000外部接线图 05 58 14 27 PM1000通讯结构图 Ethernet Ethernet Switch Master CANSpiderelectric opticalinterface 07WT98MASTER I O Ethernet fibreoptics LinesidePowerConverter GeneratorsidePowerConverter NACELLE CAN1MB Ethernet CAN CAN2A fibreoptics Display RS232 Ethernet CAN1MB Ethernet 05 58 14 28 05 58 14 29 第三章PM3000变频器 05 58 14 30 PM3000技术规格 PM3000 控制特点 1 双DSP 80MHz 集成PWM控制 2 3kHzPWM 3 利用CPLD作为硬件保护和信号处理 4 集成多种运行模式 5 丰富的数字量I O口 硬件保护 1 过流 2 过温 3 IGBTDesaturation 4 直流母线过压 5 电源监测 PM3000外观图 功能 1 发电机转矩控制 2 功率因数调节 3 发电机同步 4 发电机转速监测 5 Crowbar控制 特点 1 风机专用变频器 2 集成的直流母线电压动态控制 3 AC AC双向变换 4 热和机械加强的IGBT 5 滑入式安装 05 58 14 33 PM3000外观 PM3000实物结构 PM3000实物结构 05 58 14 36 05 58 14 37 05 58 14 38 05 58 14 39 IGBT FS450R17KE4 1700V 450A IGBT4technologyLSC ThreeIGBTsparalleledforeachphase 1350AGSC sameasLSC 1350AforeachphaseDCBuscapacitor4320uF 270uFx16 NominalDCbusvoltage1150VSwitchingfrequency3kHzDBRisavailable notforretrofitunit Controlcircuitryisreferencedtoground 变频器的功率模块 05 58 14 40 LSC GSC集成式的背靠背设计内置的DynamicBreakingResistor DBR 提高对电网波动的调节能力 PM3000拓扑结构 05 58 14 41 PM3000信号传输途径 05 58 14 42 CAN总线结构 PM3000ASIMboard 05 58 14 43 Controlword 0 Handshakebitplc converter1 Runlinesideconverter2 Rungeneratorsideconverter3 Reserve4 Resetconverter5 pre chargecontactorfeedback 1 closed 0 open6 enabletestmodeforconverter7 starttestmode8 commissioningcontrolbit09 commissioningcontrolbit110 commissioningcontrolbit211 Testmodebit012 Testmodebit113 Testmodebit214 Testmodebit315 Testmodebit42 demandedvalueofrotorId foractivepower 3 demandedvalueofrotorIq forreactivepower 4 demandedvalueofLSCreactivecurrent PM3000 PLC发送给变频器的指令 05 58 14 44 PM3000接线 第四章AMSC变频器在双馈风力发电系统中的应用 05 58 14 45 风力发电主流技术 双馈发电机永磁直驱同步发电机 05 58 14 46 直驱风力发电系统 93 2 转化率 100 变频器 发电机 4 0 2 8 损耗 损耗 05 58 14 47 双馈发电系统 77 8 100 19 4 0 8 损耗 变频器 18 6 96 4 Netz 2 8 损耗 发电机 05 58 14 48 直驱与双馈的比较 双馈的优点 风机容量大 低损耗 变速 高效率 低成本 良好的电功率因数 有功和无功功率的控制 05 58 14 49 双馈发电系统 05 58 14 50 SL1500一次接线图 05 58 14 51 NCC3x0机舱柜 NCC3x0机舱柜 NCC300690VAC电源回路变压器定子接触器定子网侧熔断器雷电保护400VAC电源偏航变频器和马达泵 风扇 NCC310控制系统PLC 控制面板继电器开关UPS系统电池供电电源 NCC320变频柜网侧变频器电机侧变频器电感Crowbar滤波高频滤波 3MW变频器柜 变频器控制原理图 05 58 14 54 变频器运行状态图 05 58 14 55 05 58 14 56 05 58 14 57 双馈风机的启动 预充电 05 58 14 58 双馈风机的启动 网侧变频器同步 05 58 14 59 双馈风机的启动 闭合网侧开关 05 58 14 60 双馈风机的启动 启动机侧变频器 05 58 14 61 双馈风机的启动 发电机同步 05 58 14 62 双馈风机的启动 发电机并网 05 58 14 63 05 58 64 并网过程演示 05 58 14 65 PM3000 网侧变频器并网波形图 05 58 14 66 PM3000 网侧变频器并网波形图 05 58 14 67 PM3000 机侧变频器同步波形图 05 58 14 68 PM3000 发电机定子并网波形图 05 58 14 69 PM3000 发电机加速GSC电流 05 58 14 70 PM3000 1 5MW满功率运行波形 双馈风机的能量流动 同步转速以上 05 58 14 71 双馈风机的能量流动 同步转速以下 05 58 14 72 crowbar 过电压保护保护直流母线 软件设置触发值PM1000为1175VPM3000为1350V 05 58 14 73 硬件限值PM1000为1200VPM3000为1400V Crowbar 保护直流母线 05 58 14 74 crowbar 05 58 14 75 crowbar 直流母线电压上升 05 58 14 76 Crowbar 触发Crowbar 05 58 14 77 Crowbar 短路电机转子绕组 05 58 14 78 Crowbar 电阻压降信号反馈 05 58 14 79 LVRT 什么是LVRT 05 58 14 80 LVRT 实际的电压跌落 05 58 14 81 LVRT 各国的LVRT要求 05 58 14 82 PM1000手动操作说明 05 58 14 83 PM1000手动测试流程图 2 crowbartest 1 overspeedrelayopen0 automaticmodeactive1 entermanualcontrol2 switch230Vrelayon3 switchprechargeuniton4 switchLSCon5 switchGSCon withsmallload6 synchronizeGSCtothegrid7 closestatorcontactor productionmodewithnopower8 productionwithmax 25 ofratedpower9 productionwithmax 50 ofratedpower10 productionwithmax 75 ofratedpower11 productionwithmax ratedpower 05 58 14 84 PM3000手动测试流程图 05 58 14 85 2 crowbartest 1 overspeedrelayopen0 automaticmodeactive1 entermanualcontrol2 switch230Vrelayon3 switchprechargeuniton4 switchLSCon5 LSClowload6 LSCsynchronize7 Closelinesidecontacter8 switchGSCon withsmallload9 synchronizeGSCtothegrid10 closestatorcontactor productionmodewithnopower11 productionwithmax 25 ofratedpower12 productionwithmax 50 ofratedpower13 productionwith