逆变器操作说明及故障处理

一逆变器原理介绍1.1逆变（invertion）：把直流电转变成交流电的过程。逆变电路是把直流电逆变成交流电的电路。当交流侧和电网连结时，为有源逆变电路。变流电路的交流侧不与电网联接，而直接接到负载，即把直流电逆变为某一频率或可调频率的交流电供给负载，称为无源逆变。逆变桥式回路把直流电压等价地转换成常用频率的交流电压。逆变器主要由晶体管等开关元件构成，通过有规则地让开关元件重复开-关（ON-OFF），使直流输入变成交流输出。当然，这样单纯地由开和关回路产生的逆变器输出波形并不实用。一般需要采用高频脉宽调制（SPWM），使靠近正弦波两端的电压宽度变狭，正弦波中央的电压宽度变宽，并在半周期内始终让开关元件按一定频率朝一方向动作，这样形成一个脉冲波列（拟正弦波）。然后让脉冲波通过简单的滤波器形成正弦波。1.2IGBT的结构和工作原理1.2.1IGBT的结构IGBT是三端器件，具有栅极G、集电极C和发射极E。IGBT由N沟道VDMOSFET与双极型晶体管组合而成的，VDMOSFET多一层P+注入区，实现对漂移区电导率进行调制，使得IGBT具有很强的通流能力。图1-1为IGBT等效原理图及符号表示图1-1IGBT等效原理图及符号表示1.2.2IGBT的工作原理IGBT的驱动原理与电力MOSFET基本相同，是一种场控器件。其开通和关断是由栅极和发射极间的电压UGE决定的。当UGE为正且大于开启电压UGE(th)时，MOSFET内形成沟道，并为晶体管提供基极电流进而使IGBT导通。当栅极与发射极间施加反向电压或不加信号时，MOSFET内的沟道消失，晶体管的基极电流被切断，使得IGBT关断。电导调制效应使得电阻RN减小，这样高耐压的IGBT也具有很小的通态压降。1.3逆变电路介绍1.3.1逆变产生的条件为1，要有直流电动势，其极性须和晶闸管的导通方向一致，其值应大于变流器直流侧的平均电压。2要求晶闸管的控制角/2，使Ud为负值。两者必须同时具备才能实现有源逆变。逆变运行时，一旦发生换相失败，外接的直流电源就会通过晶闸管电路形成短路，或者使变流器的输出平均电压和直流电动势变成顺向串联，由于逆变电路的内阻很小，形成很大的短路电流，这种情况称为逆变失败，或称为逆变颠覆。逆变失败的原因1触发电路工作不可靠，不能适时、准确地给各晶闸管分配脉冲，如脉冲丢失、脉冲延时等，致使晶闸管不能正常换相。2晶闸管发生故障，该断时不断，或该通时不通。3交流电源缺相或突然消失。4换相的裕量角不足，引起换相失败为了防止逆变失败，不仅逆变角不能等于零，而且不能太小，必须限制在某一允许的最小角度内。1.3.2逆变电路基本的工作原理图1-2单相逆变电路原理图图1-2中S1-S4是桥式电路的4个臂，由电力电子器件及辅助电路组成。当开关S1、S4闭合，S2、S3断开时，负载电压uo为正；当开关S1、S4断开，S2、S3闭合时，uo为负，这样就把直流电变成了交流电。改变两组开关的切换频率，即可改变输出交流电的频率。电阻负载时，负载电流io和uo的波形相同，相位也相同。阻感负载时，io相位滞后于uo，波形也不同。三个单相逆变电路可组合成一个三相逆变电路。图1-3为三相桥式逆变电路。下面介绍一下它的基本工作方式。基本工作方式是180°导电方式。同一相（即同一半桥）上下两臂交替导电，各相开始导电的角度差120°，任一瞬间有三个桥臂同时导通。图1-3三相桥式逆变电路工作波形对于U相输出来说，当桥臂1导通时，uUN’=Ud/2，当桥臂4导通时，uUN’=-Ud/2，uUN’的波形是幅值为Ud/2的矩形波，V、W两相的情况和U相类似。负载线电压uUV、uVW、uWU可由下式求出负载各相的相电压分别为UN'WN'WUWN'VN'VWVN'UN'UVuuuuuuuuu'NNWN'WNNN'VN'VNNN'UN'UNuuuuuuuuu图1-4三相桥式逆变电路输出波形把上面各式相加并整理可求得设负载为三相对称负载，则有uUN+uVN+uWN=0，故可得负载参数已知时，可以由uUN的波形求出U相电流iU的波形，图4-10g给出的是阻感负载下时iU的波形。把桥臂1、3、5的电流加起来，就可得到直流侧电流id的波形，如图4-10h所示，可以看出id每隔60°脉动一次。为了防止同一相上下两桥臂的开关器件同时导通而引起直流侧电源的短路，要采取“先断后通”的方法。1.4PWM控制的基本原理单纯地由开和关回路产生的逆变器输出波形并不实用。一般需要采用高频脉)(31)(31WNVNUNWN'VN'UN'NN'uuuuuuu)(31WN'VN'UN'NN'uuuu3/宽调制（SPWM），使靠近正弦波两端的电压宽度变狭，正弦波中央的电压宽度变宽，并在半周期内始终让开关元件按一定频率朝一方向动作，这样形成一个脉冲波列（拟正弦波）。然后让脉冲波通过简单的滤波器形成正弦波。面积等效原理是PWM控制技术的重要理论基础。原理内容：冲量相等而形状不同的窄脉冲加在具有惯性的环节上时，其效果基本相同。冲量即指窄脉冲的面积。效果基本相同，是指环节的输出响应波形基本相同。如果把各输出波形用傅里叶变换分析，则其低频段非常接近，仅在高频段略有差异。1.4.1用PWM波代替正弦半波将正弦半波看成是由N个彼此相连的脉冲宽度为/N，但幅值顶部是曲线且大小按正弦规律变化的脉冲序列组成的。把上述脉冲序列利用相同数量的等幅而不等宽的矩形脉冲代替，使矩形脉冲的中点和相应正弦波部分的中点重合，且使矩形脉冲和相应的正弦波部分面积（冲量）相等，这就是PWM波形。对于正弦波的负半周，也可以用同样的方法得到PWM波形。脉冲的宽度按正弦规律变化而和正弦波等效的PWM波形，也称SPWM（SinusoidalPWM）波形。PWM波形可分为等幅PWM波和不等幅PWM波两种，由直流电源产生的PWM波通常是等幅PWM波。基于等效面积原理，PWM波形还可以等效成其他所需要的波形，如等效所需要的非正弦交流波形等。图1-5PWM等效波形1.4.2PWM跟踪控制技术跟踪控制方法：把希望输出的电流或电压波形作为指令信号，把实际电流或电压波形作为反馈信号，通过两者的瞬时值比较来决定逆变电路各功率开关器件的通断，使实际的输出跟踪指令信号变化图1-6为PWM跟踪控制单相半桥式逆变电路把指令电流i*和实际输出电流i的偏差i*-i作为带有滞环特性的比较器的输入，通过其输出来控制功率器件V1和V2的通断。图1-6单相跟踪控制型PWM逆变电路控制规律当V1（或VD1）导通时，i增大。当V2（或VD2）导通时，i减小。通过环宽为2∆I的滞环比较器的控制，i就在i*+∆I和i*-∆I的范围内，呈锯齿状地跟踪指令电流i*。环宽过宽时，开关频率低，跟踪误差大；环宽过窄时，跟踪误差小，但开关频率过高，开关损耗增大。L大时，i的变化率小，跟踪慢；L小时，i的变化率大，开关频率过高。三相跟踪控制型PWM逆变电路由三个单相半桥电路组成，三相电流指令信号i*U、i*V和i*W依次相差120°。在线电压的正半周和负半周内，都有极性相反的脉冲输出，这将使输出电压中的谐波分量增大，也使负载的谐波损耗增加。图1-7三相跟踪控制型PWM逆变电路脉宽调制使靠近正弦波两端的电压宽度变狭，正弦波中央的电压宽度变宽，并在半周期内始终让开关元件按一定频率朝一方向动作，这样形成一个脉冲波列（拟正弦波）。然后让脉冲波通过简单的滤波器形成正弦波。图1-8为一GSL0500逆变器原理图。图1-8逆变器原理图二逆变器安装逆变房电气原理图说明：1、本项目1MW集装箱式逆变房用的是科士达GSL1000-DDU集成直流配电型号的逆变房，其中每台逆变器直流输入最大可支持8路输入。2、交流动力配电箱，为MW房内部供电，支持外部供电和内部供电自切换，内部供电额定功率1.2KW。外部由箱变隔离变引一根ZR-YJV22-1kV-4×6电缆为逆变房配电箱进行供电。3、箱变测控装置放于35kV升压箱变里，通过通信电缆接入逆变房内的数据采集柜（通讯柜）。4、通信柜信号接口由综自厂家（南自）提供。5、通讯柜由业主另行采购，逆变房预留了800（宽）x600（深）x2260（高）的安装位置。逆变房电气接口图说明：1、每台逆变器直流输入最大可支持8路输入。2、每台逆变器至箱变的电缆为三根ZR-YJV22-1kV-3×240。3、逆变器集成了直流配电功能，可以直接接入汇流箱的直流输出。4、升压变压器中性点禁止接地。500KW逆变器电气原理图说明：1.每台逆变器直流输入最大可支持8路输入。2.除湿加热器、通信接口2为选配件。交流动力配电箱接线图说明：1、箱体内所有屏柜均要与机房集中地排进行接地。2、箱体预留2个接地螺栓，现场使用-50x5热镀锌接地扁钢与光伏区接地网相连，要求接地电阻小于4欧姆，图纸请见光伏区接地卷册集装箱逆变房500KW逆变器接口图说明：1、表格中单台逆变器的PE端子（接地端子）的接地线已由厂家集成在箱体内连接。接地只用考虑外部箱体与主接地网相连，连接处不少于两点。线缆安装孔大小线缆安装孔数量线缆安装孔间距固定螺栓最大接线缆尺寸Uφ16.5445M6*40240mm2VΦ16.5445M6*40240mm2WΦ16.5445M6*40240mm2PEΦ11250M0*30120mm2PV+/-Φ11135M0*3095mm2集装箱机房外形尺寸及总体安装图1.逆变房防水（尘）罩安装完毕后外形尺寸为：4330*2770*2869（宽*深*高）；2.通讯柜部分的原理图及接线请见二次图纸，通讯柜由业主另行采购，现场施工方负责安装。照明接线图、插座接线图逆变器和箱变相对位置布置图三逆变器操作及维护3.1开关说明开锁后把把柄逆时针旋转90度即可打开逆变器前门，可以看到逆变器各电源开关，包括：1.PV支路输入开关2.QPV总输入开关；3.交流输出开关QAC;4.交流防雷开关KS；5.外接交流取电开关KB1;6.内部交流取电开关KB27.内部三相风机取电开关KB38.测试辅助开关：正常情况下请置于OFF位置，当需要外接辅助电源测试LCD显示时，请置于ON位置；注意：在接通外部电源之前，须保持所有开关处于断开状态。3.2逆变器上电步骤上电开机之前，确保逆变器按规范安装完毕，并断开所有外部开关。操作步骤如下：1.按标签“交流辅助电源”要求，接好交流辅助电源电缆；2.按标签“交流辅助电源保险”选择放入指定的保险盒；3.确认直流配电开关QPVn（n为相应的开关路数）断开，交流输出开关QAC、直流总开关QPV断开，辅助电源开关KB1、KB2、KB3断开；4.确认直流输入正负极正确，PV开路电压小于900V，交流相序正确；电压范围在系统电压的-10%—+15%内。5.闭合交流开关QAC闭合风机电源开关KB3.6.闭合辅助电源开关KB2控制系统开始工作。7.观察LCD面板的信息提示，当出现“请闭合QPV直流开关的信息框，闭合所有的QPVn开关；8.约一分钟后听到并网接触器自动闭合的声音，表明逆变器并网成功，LCD面板显示并网发电9.闭合交流防雷开关KS。注意：严禁在LCD显示屏未提示“请闭合QPV直流开关的信息框”前合上QPVn输入开关。3.3逆变器下电步骤1按下系统EPO开关。2断开交流输出开关QAC断开风机开关KB33断开QPVn输入开关4断开内部电源开关KB2显示面板右上角的紧急停机开关（EPO）用于在紧急情况下关闭逆变器，按下后将关闭逆变模块输出，并迅速切断向电网供电。此时逆变器的PV输入端口和交流输出端口仍然带点。系统下电后要等待5分钟才能进行维护操作。3.4逆变器介绍及维护1.逆变器正面示意图2逆变器背面示意图单板功能介绍1：SL0500I1检测板：(电压、电流检测，保护)2、UGBTSU1(DSP主控板)3、UGBTSU2监控板4、GSL0250M1(电器控制板)5、GSL0500‐DDUX01（交流软启动板）6、GSLO500A1(IGBT驱动板)7、GSL0500I4(绝缘检测板)8、