2MW双馈风冷变流器-原理与结构

2020年2月24日重庆佩特电气有限公司CHONGQINGPOWERELECTRONICSTECHNOLOGYELECTRICCO.,LTD2.0MW双馈风冷变流器介绍——原理与结构重庆佩特电气2•双馈风力发电系统结构2MW双馈风冷变流器介绍重庆佩特电气3•佩特变流器的功能特点2MW双馈风冷变流器介绍接受主控并网指令实现自动并网；有功功率和无功功率能独立控制；输出电压符合电网要求；满足双馈发电机组变速恒频控制，实现快速柔性并网；具有电网故障、雷击、过电流保护功能；能满足不同的现场总线通讯协议；具有低电压穿越功能。重庆佩特电气4内部配电系统2MW双馈风冷变流器介绍•拓扑结构图防雷单元总进线电流互感器主断路器并网接触器定子侧电流互感器软启单元双馈发电机网侧滤波单元网侧功率模块机侧功率模块Chopper模块输出DU/DT滤波单元Crowbar模块风机冷却系统加热除湿系统配电原理图重庆佩特电气5网侧防雷单元重庆佩特电气6网侧防雷单元：对变流器提供防雷保护，I级防雷，In=150kA重庆佩特电气7总进线电流互感器重庆佩特电气8并网柜加热器控制柜加热器返回重庆佩特电气9网侧功率模块冷却风机机侧功率模块冷却风机重庆佩特电气10机侧功率模块冷却风机重庆佩特电气11主断路器变流器网侧输入保护及电机定子侧保护，Un=690V,In=2500A，长延时，短延时和瞬时脱扣保护功能重庆佩特电气12并网接触器用于变流器的并网。Un=1000VIn=2100A重庆佩特电气13电流互感器用于电机定子侧电流检测重庆佩特电气14软启单元用于在变流器启动时直流母线的软启动，使直流母线电压平稳上升，防止冲击电流损坏母线电容。重庆佩特电气15变流器交流侧输入滤波电抗器重庆佩特电气16LC滤波器放电电阻变流器交流侧输入滤波电容原理图重庆佩特电气17网侧功率模块实现正常运行状态下交流侧输入单位功率因数的控制和各种状态下保持直流环节电压稳定，确保转子侧变流器乃至整个双馈电机的励磁系统可靠工作。模块组成介绍重庆佩特电气18网侧电容模组介绍重庆佩特电气19返回重庆佩特电气20机侧功率模块通过对双馈电机转子电压的控制，实现双馈电机输出解耦的有功功率和无功功率。模块组成介绍重庆佩特电气21机侧电容模组介绍重庆佩特电气22返回重庆佩特电气23Chopper单元调节直流母线电压，防止电网跌落时能量回灌母线导致母线电压升高，用于应对不太严重的低电压穿越。模块组成介绍重庆佩特电气24返回重庆佩特电气25输出DU/DT滤波电感可以有效降低输出电压的变化率，改善转子承受尖峰电压，延长发电机转子的绝缘寿命输出DU/DT滤波单元重庆佩特电气26Crowbar单元实现变流器的低电压穿越功能。CROWBAR电路采用晶闸管作为功率器件，晶闸管的耐冲击电流能力较高，可以适应严重的低压穿越工况。模块组成介绍低电压穿越概念重庆佩特电气27返回重庆佩特电气28低电压穿越（LVRT）：当电力系统故障或扰动引起并网点电压跌落时，在一定的电压跌落范围和时间间隔内，风电机组能够保证不脱网连续运行。00.10.20.30.40.50.60.70.80.91.01.11.2-101234时间（s）0.625电网故障引起电压跌落要求风电机组不间断并网运行风电机组可以从电网切出风电场220kV送出线路并网点电压（p.u.）大型风电场并网设计技术规范返回重庆佩特电气292.0MW双馈风冷变流器配电原理图2MW双馈风冷变流器介绍•配电原理图讲解重庆佩特电气30结构•整体外观•并网柜•控制柜•功率柜2MW双馈风冷变流器介绍重庆佩特电气31并网柜实现变流器与电网并网、完成用户配电和主控制器的信号交互。实现变流器的算法和逻辑控制、信号转接的功能。控制柜功率柜将电网的三项输入交流电整流成直流电，并将整流得到的直流电逆变成发电机转子励磁所需要的交流电。主电源指示灯告警指示灯故障指示灯•整体外观结构重庆佩特电气32主断路器（02Q1)用于变流器网侧输入和电机定子侧保护刀熔开关（02Q2）变流器内部配电开关刀熔开关（01Q2）电网输入侧防雷器保护开关防雷单元（01F2)电网输入侧防雷接线端子排（X4/X8/X9/X10)用于用户配电，信号端子。并网柜加热器电流互感器（03T1/03T2/03T3)电机定子侧电流检测•并网柜结构重庆佩特电气33DSP板（P0）：DSP系统逻辑控制，内部通信及算法实现配电板（P3）：内部接触器及开关的控制通信板（P8）：用于变流器与主控通信用户接口板（P2):对用户信号（模拟信号和数字信号）及电机转速编码器信号的控制和管理防雷板（P7）：对进入变流器控制单板的外部热线信号进行防雷保护•控制柜结构重庆佩特电气34模拟信号调理板（P1)：对三相电流和电压及温湿度模拟信号进行调理，将强电信号（直流母线电压、定子及机侧电流）转换成弱电信号（0~3v）送至DSP板，有DSP板进行相应算法处理及保护操作。控制加热主回路接触器24V电源模块提供变流器内部控制电源加热器控制柜空间加热•控制柜结构功率柜机侧模块风机保护开关功率柜网侧模块风机保护开关三相变压器前保护开关单相变压器前保护开关柜体温度检测继电器功率柜机侧模块风机启停接触器功率柜网侧模块风机启停接触器控制UPS前供电接触器模块风机控制线转接排电源指示灯保护开关加热除湿控制回路保护开关加热主回路保护开关15V电源模块湿度继电器重庆佩特电气35结构•控制柜网侧输入交流滤波电容系统除湿风扇软启接触器软启电阻（4个)主接触器内部配电三相AC690V/380V供电变压器内部配电单相AC690V220V供电变压器重庆佩特电气36Chopper功率模块（06A)控制chopper电路动作Chopper放电电阻（06R0）霍尔模块电流检测直流母线电容机侧功率模块网侧功率模块电抗器（04L2)电网输入侧滤波电抗器Crowbar电路控制crowbar动作•功率柜结构DU/DT输出滤波器电抗器重庆佩特电气UPSP1-模拟信号调理板P0-DSP板P3-配电板Basic232±15VDCBasic422220VACP2-用户接口板P7-防雷板P8-CANopen通讯适配板P9-USB转422通讯适配器P6-SCR驱动板P4-IGBT驱动板P5-IGBT适配板SCRPC主控编码器干结点直流母线电压三相电网电压温湿度变送器SCIBasicCANBasic422接触器状态信号驱动信号AI&AO模块37单板接口2MW双馈风冷变流器介绍重庆佩特电气38DSP板接口定义标签功能描述P00ADSP板电源接口P00B模拟信号调理板电源转接口P01DSP板-模拟信号调理板模拟信号接口P02DSP板-模拟信号调理板PWM驱动信号接口P03ADSP板与用户接口板信号交互接口P03BDSP板与配电板信号交互接口P03CDSP板-预留接口P03DDSP板与通信接口板信号交互接口P04A内部CANA总线P05BRS232接口P06电机转速检测编码器接口P07A上位机与下位机信号交互接口P0ASCR驱动板接口P0BChopper的IGBT驱动板接口•DSP板（P0板）DSP板的主要功能是利用DSP和FPGA实现对整个变流器系统的功能控制，包括算法实现、故障保护、信号类型(特指模拟和数字类）转换及内部通讯。返回重庆佩特电气39•模拟信号调理板（P1板）模拟信号调理板接口定义标签功能描述P01模拟信号调理板与DSP板间模拟信号接口P02模拟信号调理板与DSP板间数字信号接口P00B模拟信号调理板控制电源接口，来自DSP板P11电网电压输入接口P12定子电压输入接口P14输入滤波器电容电流接口（预留）P15直驱定子电压输入接口（预留）P16电网总进线电流输入接口P17定子电流输入接口P18直流母线电压1输入接口P19直流母线电压2输入接口P1B控制柜柜内温湿度接口P1C预留温湿度接口PGA～PGC网侧IGBT驱动信号接口PRK～PRM机侧IGBT驱动信号接口模拟信号调理板的主要功能是对三相电流和电压以及温湿度等模拟信号进行调理，将强电信号转换为弱点信号（0~3V)送至DSP板，由DSP板进行相应算法处理和保护操作。返回重庆佩特电气40•用户接口板（P2板）用户接口板接口定义标签功能描述P03A用户接口板与DSP板间信号接口P06码盘信号接口P21变流器输出到主控的24V电源接口（输入）X1A～X3A模拟信号接口，部分连接到防雷板X19D变流器输出到主控的24V电源（输出，连接到防雷板）X20A/X20B电机码盘信号输入及码盘电源输出，连接到防雷板X4D～X18D数字I/O信号接口，部分连接到防雷板用户接口板的主要功能是实现对用户信号（模拟和数字信号）以及电机转速编码器信号的控制和管理。返回重庆佩特电气41配电板接口定义标签功能描述P03B配电板与DSP板信号接口P31220V控制电源P32220V控制电源P33主接触器驱动信号接口P34软启接触器驱动信号接口P36～P38接触器驱动接口（预留）P3A模块风机接触器驱动信号接口P3B并网柜控制柜风扇驱动信号接口P3C并网开关ON驱动信号接口P3D并网开关ON状态反馈P3E主接触器、软启接触器状态反馈P3F主断路器状态，主接断路器准备好、主断路器trip及机侧模块风机接触器状态反馈P3G机侧模块风机状态反馈P3I网防雷器侧状态反馈P3K网侧滤波电抗及输出DU/DT电抗器过温状态反馈P3L加热除湿运行指示及网侧模块风机状态P3M本机故障及告警指示灯驱动信号接口P3N主断路器失压脱扣驱动P3O电容模块风扇驱动P3Q24V控制电源接口•配电板（P3板）配电板的主要功能是对变流器系统内部信号进行控制和管理，包括对各接触器和开关动作与否的控制，以及该动作相应的动作反馈。返回重庆佩特电气42•IGBT驱动板（P4板）IGBT驱动板接口定义标签功能描述P41IGBT驱动板与模拟信号调理版信号交互接口P42温度检测接口P43功率模块电流检测接口P4HIGBT上管驱动信号P4LIGBT下管驱动信号IGBT驱动板的主要功能是对输入的PWM驱动信号进行隔离和放大以控制IGBT的导通和关断，当IGBT发生过载或短路故障时提供硬件保护，并输出一个故障信号给DSP，保证系统能够及时执行保护动作。返回重庆佩特电气43•IGBT驱动适配板（P5板）IGBT驱动适配板接口定义标签功能描述P51温度检测接口P5HIGBT上管驱动信号P5LIGBT下管驱动信号IGBT驱动适配板的主要功能是实现对IGBT导通或关断速度及门极电压的控制，并阻断IGBT集电极的高压流入IGBT驱动板。返回重庆佩特电气44SCR驱动板接口定义标签功能描述P0ASCR驱动板与DSP板间信号交互接口P61晶闸管1驱动接口P62晶闸管2驱动接口P63晶闸管3驱动接口•SCR驱动板（P6板）SCR驱动板的主要功能是以脉冲形式驱动晶闸管。返回重庆佩特电气45单板接口•防雷板（P7板）防雷板接口定义标签功能描述X71～X78用户端DI信号输入及防雷后DI信号输出接口X79～X7C防雷前DO信号输入及用户端DO信号输出接口X7D～X7G防雷前DO_COM信号输入及用户端DO_COM信号输出接口X7H变流器输出到主控的24V电源防雷X7I主控输出到变流器的24V电源防雷X7J～X7K模拟输入AI防雷X7L模拟AO防雷X70A/X70B/X20A/X20B编码器信号防雷防雷板的主要功能是对进入变流器控制单板的外部热线信号进行防雷保护。返回重庆佩特电气46单板接口•CANopen通讯板（P8板）通讯板接口定义标签功能描述P82通讯板与主控间信号交互接口P03D通讯板与DSP板间信号交互接口CANopen通讯板的主要功能是实现变流器系统与主控之间的实时数据交换。返回重庆佩特电气47IGBT驱动接口定义标签功能描述P04USB转422通讯适配器与DSP板间信号交互接口P90USB转422通讯适配器与PC机间信号交互接口•USB转422通讯适配器（P9板）USB转422通讯适配器的主要功能是实现变流器系统与PC机