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,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。,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。,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,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485,A2AP2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）,图8摇臂门后面（正视图）,A3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。,图11A3柜部件位置（正视图）,图12A3柜部件位置（后视图）,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,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