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)

1、雁门关雁门关 GPW10040ACS800-67LC 风力发电变流器风力发电变流器(水冷水冷)概述与硬件概述与硬件山西代县雁门关一期山西代县雁门关一期3MW项目项目北京国电思达科技有限公司北京国电思达科技有限公司编制：编制： 郭萧平郭萧平雁门关雁门关 GPW10040目录一、整体概述一、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2.5 LCL滤波柜2.6 并网柜2.7 控制板之间的连接三、启动与控制三、启动与控

2、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雁门关雁门关 GPW10040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，

3、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、整体概述一、整体概述雁门关雁门关 GPW10040pfn1160pfn2260常数12nnn11nnnSS：双馈电机的转差率Sfpnf12260p2f1f1nn：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

4、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Sf1双馈电机的基本工作原理双馈电机的基本工作原理雁门关雁门关 GPW10040K1 ISU CONTACTORK102STATOR CONTACTORQ101 GRID SIDE CIRCUIT BREAKER 120 fn同步速度（同步速度（rpm） =- pp =发电机极数发电机极数fn = 电网的额定频率电网的额定频率1.1 风力发电变流器系统的方框图风力发电变流器系统的方

5、框图雁门关雁门关 GPW100401、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 RDCO DDCS 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

6、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。雁门关雁门关 GPW100401.2 变流器变流器动力电缆接线图动力电缆接线图LCLISUINU雁门关雁门关 GPW100401.3 简化结构图简化结构图雁门关雁门关 GPW10040编号编号描述1辅助控制柜辅助控制柜 (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 IS

7、U。4 LCL 滤波器柜滤波器柜 (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并网柜并网柜:ICU800-67LC进线单元二、柜二、柜体体介绍以及内部讲解介绍以及内部讲解2.1 柜体介绍柜体介绍雁门关雁门关 GPW10040柜门打开，拆下柜门打开，拆下护护罩，内部如如所示罩，内部如如所示8821212222132.2 柜体内部介绍柜体内部介绍雁门关雁门关 GPW100401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）12 LCL 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 cro

8、wbar 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共模滤波器雁门关雁门关 GPW100402.3 辅助控制柜辅助控制柜 (ACU)1辅助电路供电开关

9、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：雁门关雁门关 GPW10040变流器的不间断辅助电源变流器的不间断辅助电源 (UPS)变流器的辅助电源（非变流器的辅助电源（非 UPS）变流器上配有一路变流器上配有一路单相由单相由 UPS 供电的供电的 230 V AC (50/60 Hz) 电路，用于控制电路，用于控制电路。电路。变流器上配有一路单变流器上配有一

10、路单相相 230 V AC (50/60 Hz) 电路，用于加热电路，用于加热控制逻辑和冷却风机控制逻辑和冷却风机供电单元。供电单元。设备设备图中的编号图中的编号电路图中的设备名电路图中的设备名辅助电路供电开关1F11、F12、F13、F18P14P10P24雁门关雁门关 GPW10040设备设备图中的编号图中的编号电路图中的设备名电路图中的设备名24V电源（230V变24V）2G10雁门关雁门关 GPW10040设备设备图中的编号图中的编号电路图中的设备名电路图中的设备名延时继电器3K4、K26、K33雁门关雁门关 GPW10040设备设备图中的编号图中的编号电路图中的设备名电路图中的设备名

11、安全继电器4A21雁门关雁门关 GPW10040设备设备图中的编号图中的编号说明说明电路图中的设备名电路图中的设备名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）雁门关雁门关 GPW10040设备设备图中的编号图中的编号电路图中的设备名电路图中的设备名15V电源（24V变15V）6G11给NUIM供电雁门关雁门关 GPW10040设备设备图中的编号图中的编号说明说明电路图中的设备名电路图中的设备名RAIO7模拟 I/O 扩展模块，监控入口和出口冷却液的温度A519雁门关雁门关 GPW

12、10040设备设备图中的编号图中的编号说明说明电路图中的设备名电路图中的设备名RDCO8带有光纤通道的 DDCS 通信选件A519雁门关雁门关 GPW10040设备设备图中的编号图中的编号说明说明电路图中的设备名电路图中的设备名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雁门关雁门关 GPW10040设备设备图中的编号图中的编号说明说明电路图中的设备名电路图中的设备名NETA10以太网适配器模块A31 借助 ACS800 NETA 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

13、 CH3 用于监控和调试。雁门关雁门关 GPW10040设备设备图中的编号图中的编号说明说明电路图中的设备名电路图中的设备名NTAC11脉冲编码器接口模块A419雁门关雁门关 GPW10040设备设备图中的编号图中的编号说明说明电路图中的设备名电路图中的设备名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雁门关雁门关 GPW10040设备设备图中的编号图中的编号说明说明电路图中的设备名电路图中的设备名NDCU13变频器控制单元。

14、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雁门关雁门关 GPW10040设备设备图中的编号图中的编号说明说明电路图中的设备名电路图中的设备名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雁门关雁门关 GPW10040设备设备图中的编号图中的编号说明说明电路图中的设备名电路图中的设备名NUIM15电压和电流测量单元。AMC 板的电压和电流测量。A45NUIM-6x 电压测量电压测量电压电压 U1、V1 和和 W1 在定子回路断路器在定子回路断路器

15、/ 接触器的两侧分别测量。接触器的两侧分别测量。 690 V AC 电网电网电压连接到电压和电流测量单元电压连接到电压和电流测量单元 (NUIM)。NUIM-6x 电流测量电流测量通过电流互感器通过电流互感器 (CT) 测量测量U1 和和W1 两相定子电流。两相定子电流。 CT 变比是满载时一次侧电变比是满载时一次侧电流输入与二次侧电流输出之比。流输入与二次侧电流输出之比。 例如，例如， CT 变比变比 2500:1 适用于满载适用于满载 2500 安培安培的一次侧电流，当一次侧流过的一次侧电流，当一次侧流过 2500A 时，将产生时，将产生 1 A 的二次侧电流。的二次侧电流。 如果一次如果

16、一次侧电流改变，二次侧电流输出将相应改变。侧电流改变，二次侧电流输出将相应改变。 例如，如果例如，如果 1500 A 流经流经 2500 A 额额定一次线圈，则二次侧电流输出将为定一次线圈，则二次侧电流输出将为 0.6 A (1500 : 2500 = 0.6:1).雁门关雁门关 GPW10040直流熔断器直流熔断器共模滤波器共模滤波器整流逆变整流逆变R8i模块模块Crowbar外形尺寸为外形尺寸为 R8i 的模块用在的模块用在 ISU 和和 INU 并联安装使用。直流电压通过熔断器从并联安装使用。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母排获得。将直流母排穿过铁心执行共模滤波。

17、与发电机连接通过模块后部的模滤波。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体底板。通过母排将每个并联模块内部连接到逆变模块柜。连接到逆变模块柜。冷却液从前部底部进入，从顶部冷却液从前部底部进入，从顶部排出。在模块内部，冷却液流经排出。在模块内部，冷却液流经散热器以及空散热器以及空- 液热交换器。模液热交换器。模块下的冷却风扇强制空气流经空块下的冷却风扇强制空气流经空- 液热交换器和模块本身。液热交换器和模块本身。编号编号描述描述1直流连接（

18、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模块模块2.4 转子侧转子侧/网侧变流器网侧变流器雁门关雁门关 GPW100401.5MW风扇控制风扇控制2.4.1 模块内部结构图模块内部结构图雁门关雁门关 GPW10040打开盖板后，模块内部从上到下依次如图所示打开盖板后，模块内部从上到下依次如图所示APOWER板板AINT板板NRED模块模块AOFC-03板板2.4.2 模块内部控制板模块内部控制板雁门关雁门关 GPW10040

19、NRED挂在挂在1000V的直流母线上，红线为直流正，黑线为直流负；的直流母线上，红线为直流正，黑线为直流负；NRED主要起稳压作用主要起稳压作用NRED降压板降压板雁门关雁门关 GPW10040APOWER电源板电源板:将将1000V直流电变成直流电变成5V或者或者24V的直流电给的直流电给AINT供电供电雁门关雁门关 GPW10040AINT主电路接口板主电路接口板:它直接受它直接受控于控于NDCU，AINT直接出发直接出发IGBT的导通关断，的导通关断，IGBT触发触发线共有线共有3跟分别控制跟分别控制U、V、W三相三相;AINT正常会亮两个绿灯，如果正常会亮两个绿灯，如果灯不亮，则测量

20、一下灯不亮，则测量一下APOWER板的保险，确认下直流电是否板的保险，确认下直流电是否给过来。给过来。AINT无无AGPS连连接时跳线接时跳线IGBT触发线采集直流电压送采集直流电压送到到AINT，最终送，最终送到到NDCU；所以；所以NDCU可以读出可以读出直流电压值。直流电压值。雁门关雁门关 GPW10040INU内的内的CT，CT有有3个测输出交流电的电个测输出交流电的电流，将测量值传递给流，将测量值传递给AINT最后传给最后传给NDCU放电电阻，当风机放电电阻，当风机停机时停机时ISU(INU)的的直流电通过风电电直流电通过风电电阻将能量释放阻将能量释放雁门关雁门关 GPW10040侧

21、面打开侧面打开侧面打开侧面打开INU模块内部的电抗器，电抗器内有一个模块内部的电抗器，电抗器内有一个测温点接到测温点接到AINT的的X10端子端子IGBT-AGDR门极驱动板门极驱动板雁门关雁门关 GPW100402.4.2 CrowbarCrowbar作用作用：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。无源无源Crowbar作用原理作

22、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。有源有源Crowbar作用原理作用原理：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转子侧保护电转子侧保护电路在故障时候的作用主路在故障

23、时候的作用主要有两个要有两个: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雁门关雁门关 GPW10040低电压穿越含义低电压穿越含义：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。雁门关雁门关 GPW10040主接触器主接触器K1充电电路电阻充电电路电阻 FUSES F10. 1/2/3 FUSES F9. 2/3 FUSES F45.3. 1/2/3后后

24、面面2.5 LCL滤波柜滤波柜雁门关雁门关 GPW10040定子接触器定子接触器K102，MCB3主断路器主断路器Q101，MCB1防雷防雷交流熔断器交流熔断器位于过压保护设备后侧 FUSES F1081/2/3 4/5/6后侧2.6 并网柜并网柜雁门关雁门关 GPW100402.7 控制板之间的连接控制板之间的连接DC FUSESGINUAINT-14CINUAINT-14CAITFV2V1V3 V5V4NCBCV10V16CB1INUU11.1U11.2U6.1ISUAINT-14CISUAINT-14CAITFV2V1V3 V5V4NCBCV10V16CB2ISUU1.1U1.2U6.2

25、CH1CH2APBU-44CCNTL1TRIGGERA515CH1CH2APBU-44CCNTL1TRIGGERA415start enabledgrid MCB on/offgrid MCB tripstrat MCB on/offCB triggeredstator MCB trip Converter faultgrid MCB controlstator MCB controlNIOC-01CAMC-33V25/26DI1DI2DI3DI4DI5DI6RO1RO2RO3INT0INT1CH0CH1CH2CH3CH4CH5CH6CH7NDCU-33CXA41A42alarms/fault

26、s statusstart enabledISU contactor statusLow temperature controlBrake chopper fault capacitor chargingISU contactor controlRMIO-12CRDCO-12CDI1DI2DI3DI4DI5DI6DI7RO1RO2RO3CH0CH1CH2CH3RDCU-12CInverterA51PPCS INUPPCS U/INUIM-6XCA45NCAN-02CA419PLCWTCfieldbusNAMU-01CA11NTAC-02CA418LCLK1K2MCB2AC FUSESQ101M

27、CB1K102MCB3T104T105 FUSES F108 4/5/6 FUSES F108 1/2/3NETAA31rotorstator直流母排直流母排现场总线现场总线双股光纤双股光纤单股光纤单股光纤三相动力电缆三相动力电缆普通电缆普通电缆stator voltage measurementgrid voltage measurement FUSES F10. 1/2/3 FUSES F9. 2/3 FUSES F45.3. 1/2/3F121. 1/2/3Over voltage protectionvoltage measurementT102T103T101DC FUSES雁门关雁门关 GPW100403.1 变流器控制变流器控制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令来控制转子侧功率模块PLC 接口接口三、启动与控制三