变频器和Crowbar

华锐风电科技（集团）股份有限公司变频器14:15:281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14:15:282第一章变频器基础知识14:15:283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)14:15:284变频器的功率元件IGBT(InsulatedGateBipolarTransistor绝缘栅双极型晶体管)14:15:28514:15:286•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14:15:287•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)14:15:288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)。14:15:289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14:15:2810交-直-交变频器逆变整流电源14:15:281114:15:2812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14:15:2813PM1000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14:15:2814PM1000功率模块Heatsink–LiquidCooled+Bus-BusOutputFiberOpticI/OSystemHardwareInterfacePre-chargeControlInterfaceHeatsink–AirCooledorFanIGBTMainFilterCurrentSensorVoltageSensePowerPoleConverterControl&CommunicationPowerSupplyGateDriverThermalSensorIGBT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14:15:2815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Pre-chargeControlInterfaceApplicationModuleControlStrategyDSP1PowerProcessorGateDriverDSP2FiberOpticI/OPowerPole3PowerPole2PowerPole1I/O&CommunicationInterfaceEmbeddedController&ControlInterfacePowerSupplyPLCCAN2A14:15:2816内部控制板的组成、功能变频器系统PM1000PowerModulePowerPCB•Powerswitching•Currentsensingshunt•IGBTmoduletemperaturesensingInterfacePCB•Gatedrivers•Gatedrive¤tsensing•powersupplies•Currentfeedbackisolation•Outputvoltagefeedback•IGBTmoduletemp.sensorsignalconditioningControlPCB•DSPbasedcontrolsoftware•CPLDsignalrouting&controllogic•Overcurrentfaultdetection&latch•Desaturationfaultdetection&latch•HighDCbustrip&latch•Generalpurposediffamps&filters•Currentfeedbackdiffamps&filters•I/ObufferstoDSP•Heatsinktemperaturemonitors•InternaltemperaturemonitorExternalPowerSupply•24to48voltpowersupplyPowerSupply•DCbusto48voltpowersupply•DCbusvoltagesensing•48to15voltpowersupplyASIMPCB•15to5voltpowersupply(main)DFIGInterfacePCB•Gridorstatorvoltagefeedback•Encoderinterface•RelayoutputPM1000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14:15:2818PM1000技术规格14:15:2819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14:15:282214:15:2823•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。14:15:2824•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crowbar14:15:2825PM1000一次接线示意图14:15:2826PM1000外部接线图14:15:2827PM1000通讯结构图EthernetEthernetSwitchMasterCANSpiderelectric/opticalinterface07WT98MASTERI/OEthernet(fibreoptics)LinesidePowerConverterGeneratorsidePowerConverterNACELLECAN1MBEthernet/CANCAN2A(fibreoptics)DisplayRS232EthernetCAN1MBEthernet14:15:282814:15:2829第三章PM3000变频器14:15:2830PM3000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。14:15:2833PM3000外观PM3000实物结构PM3000实物结构14:15:283614:15:283714:15:283814:15:2839•IGBT:FS450R17KE4,1700V,450A,IGBT4technology•LSC:ThreeIGBTsparalleledforeachphase,1350A•GSC:sameasLSC,1350Aforeachphase•DCBuscapacitor4320uF(270uFx16)•NominalDCbusvoltage1150V•Switchingfrequency3kHz•DBRisavailable(notforretrofitunit)•Controlcircuitryisreferencedtoground变频器的功率模块14:15:2840•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14:15:2841PM3000信号传输途径14:15:2842•CAN总线结构DSPBDSPALSCDSPBDSPAPLC5ms(1)5ms(2)40ms(3)10ms(5)10ms(4)GSC333µs(7)ondemand(6)15ms(11)5ms(8)15ms(9)ondemand(10)ondemand(12)PM3000ASIMboard14:15:2843•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(for