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=`1234rtyuio国产Freqcon变流器介绍电控部变流室Freqcon变流器概述Freqcon系统的原型是金风公司于2005年从德国Vensys公司引进的1.2MW风力机组中的电控系统，2006年金风在新疆达坂城风电场安装了3台1.5MW的这种设计的机组，这可以说是金风最早的1.5MW风机电控原型。因为该系统是设计公司Vensys在一家名为FreqconGmbH的电控公司开发生产的，而当时的图纸和机组都采用了Freqcon这个名字，所以，2008年国产化项目组在原有设计的基础上，进行了重新设计、选型改造等技术工作，有了今年批量生产的机组，而名称也就沿用了下来。整个电控系统包括塔架下面的变流器和主控系统；机舱里面的控制柜、发电机开关柜，及各种传感器设备；轮毂的变桨控制系统。主要介绍国产Freqcon变流器这一部分，也就是包含了塔架下面的全部以及发电机开关柜。Freqcon变流器概述Freqcon变流器是以——被动整流＋斩波升压＋PWM逆变器为拓扑的全功率变流器基本参数：额定功率——1500kW适合接入电网——50/60Hz620VAC(+/-10%)标准功率因数——1.0，无功功率范围-0.95~0.95运行温度(外界环境)——-30~50风冷散热方式PLC控制ProfibusDP/光纤通信主要内容Freqcon变流器系统结构Freqcon变流器系统主电路功能和设计Freqcon变流器的逻辑功能和保护Freqocn变流器的安装Freqcon变流器调试与维护Freqcon变流器国产和Vensys进口变流器/switch变流器的比较Freqcon变流器系统结构Freqcon变流器系统结构从外观结构上划分主控和变流柜部分散热风机部分电抗器支架部分变压器支架部分发电机开关柜Freqcon变流器系统结构IGBT模块柜散热风机配电柜和主控柜IGBT模块柜补偿电容柜Freqcon变流器系统结构主空开散热下风机电抗器支架部分变压器支架部分Freqcon变流器系统结构发电机开关柜Freqcon变流器系统结构从整个变流器的硬件结构上划分主回路部分配电回路控制回路主电路结构主电路拓扑结构G电机侧断路器620VAC主断路器三重boost两重逆变器整流桥斩波制动箱变主电路结构发电机（6相）——发电机开关柜——补偿电容组——二极管整流电路——斩波升压电路（boost）——直流母线——逆变器电路——LCL滤波电路——箱变——电网主要有3个部分：整流电路，斩波升压电路、逆变电路另外，此外还有制动（chopper）电路作为母线保护预充电回路和配电回路620VAC送主控NPE1Q3主断路器1Q2620VAC滤波电容1Q73R83Q8.2三相电流测量1T224VDC备用塔架照明1号柜体加热照明插座UPS插座12A2、12A612A0MM柜体散热塔架冷却逆变器M2*M16A2/6M助力器400VAC其他连接2Q1/23Q8.1三相电压测量400VAC2T4电容风扇N1号柜冷却和加热预充电回路和配电回路预充电回路是在变流器运行前，直流母线没有电压时，通过专门的电阻为母线充电的电路。它绕开了主空开，在主空开吸合前先将母线充电，以保护母线上电容不受电网的电压冲击。620VAC经过供电变压器转换为两路400VAC，一路为变流器主柜设备供电，另一路为机舱供电。400VAC为以下设备供电使用：400VAC/24VDC开关电源；IGBT模块柜和塔底散热风机以及控制风机的变频器；主柜内的照明、加热、散热、维护插座；塔架内的照明、助力器、维护插座；主空开的储能供电控制回路控制回路主要是使用24VDC供电的设备，它们通过PLC、变流器控制器等共通实现变流器逻辑、功能、保护等功能。主要包括：PLC（倍福）系统——主CPU和各个功能模块；变流器控制器（变流板）、高压I/O板；通信、面板机；IGBT模块控制电路；与逻辑、保护功能相关的各种继电器、接触器；面板控制按钮、开关、指示灯。控制回路13F624DI7.1KL110424VDC急停按钮25DIS4KL190424DI7.1KL1104复位25DIS4KL190419S219S4启动24DI6.1KL1104停止24DI6.1KL1104Visit25DI6.1KL1104维护25DI6.1KL110419S619S719S813×624V1.124V1.22K414K31Q2YCQ1PR12126k20V1.20V2.424DI5KL1104补偿电容反馈5K75K75K60V1.424DI7KL1104变压器警告24DI5KL1104变压器过温25DO3.1KL213422K222K2急停过速请求25DIS4KL190422K225DO3KL213422K3复位安全链25DIS4KL190422K334CX5CX1100-000224V1.324V1.4面板0V1.50V1.3PLC供电0V1.20VDC0V1.1HighVoltI/O模块25DO3KL213426K2主断路器反馈24DI7.1KL190426K2主断路器块熔反馈24DI6KL1104UPSok24DI7KL1104Battery24DI7.1KL110425DO2KL213425DO2KL213425DO2KL213425DO3KL213414K314K514K614K914K514K626K214K914K3预充电接触器放电继电器25DO3KL213425DO3.1KL213425DO4KL213425DO4KL213418K2冷却风扇18K2冷却电容器使能18K218K21柜冷却1柜加热24VDC回路113F724VDC31K213×724V2.124V2.250A7以太网口供电24V2.40V2.30VDC32DI8KL110433DIS4KL110431K7发电机接触器吸合24VDC回路233DOS4KL1104Torquemax32K2XS12.632ST4KL921035ST4KL921024V2.3Q1Q2424DI6KL1104电容熔断器反馈1Q7变流板0V2.1XS12.931K70V2.2变流器控制器（变流板）变流器控制器（变流板）变流板内部是模拟电路板，它能够配合PLC的主控程序命令，实现变流器的控制功能，是Freqcon变流器的一个重要部分。变流板能够控制变流器的启动、停止；通过控制10只IGBT模块调制工作，完成从发电机到电网的能量转换；通过监测主电路的电压、电流等信号，对变流器运行起到保护；并利用采集到的信号完成频率、并网功率等数据的计算。变流板的接口：驱动10只IGBT模块——通过10条15pin的Dsub电缆连接；和PLC模块的模拟量、开关量接口——通过两条37pin的Dsub电缆连接；变流器控制器（变流板）和高压I/O板（主电路电压、电流采样，驱动预充电、主空开动作）接口——通过1根25pinDsub电缆连接和PLC的接口信号如下IGBT功率模块IGBT模块结构图IGBT功率模块IGBT模块也是金风自主设计生产的功率模块包括IGBT——Semikron公司的Skiip功率单元；直流支撑电容（铝电解）；Snubber滤波电容；保护熔断器，并加装了过压保护板；叠层母排设计节省空间，散热器后置，直流排前部连接，交流排侧面连接二极管功率模块二极管功率模块的设计与IGBT模块类似，如图Freqcon变流器系统主电路功能和设计Freqcon变流器系统主电路功能和设计主回路拓扑Grid620V,50HzGen0.3mH0.3mH0.3mH6800uF+-+-0.3mH0.3mH0.3mH3×500uFTransformer:6%short-circuitimpedance65uHFreqcon变流器系统主电路功能和设计Freqcon1.5MW变流器系统电机侧采用被动整流，经三路并联Boost回路升压后连接直流母线，网侧采用三相四线PWM可控整流拓扑，通过LCL滤波器并网。采用上述拓扑所带来的优势是：1采用被动整流，电机侧电流为连续量，而不是高频开关量，因此系统du/dt很低，接近于零；2采用三相四线制，直流母线中点接地，因此系统由于调制造成的共模电压大大降低；3被动整流+Boost升压电路的架构使得电机侧控制简化，不需要复杂的发电机转速和磁场估计算法；Freqcon变流器系统主电路功能和设计另一方面，采用上述拓扑也会带来一些劣势：1采用三相四线制并网逆变器，母线电压对应相电压调制，母线电压利用率较三相三线矢量调制低；2电机侧采用被动整流，功率因数低，因此在实际系统中需要增加电机侧补偿电容，以提高发电机功率因数；3同时，相对于主动整流架构，被动整流模式没有提供可控的弱磁和励磁电流的能力，没有提供电动机控制模式的能力；应当强调的是，选择什么样的拓扑重点应当考虑的是对实际系统的适用性，运行的可靠性，以及自身技术积累的方向性。拓扑本身并没有高下之分，以应用为目标，正确的理解系统需求，并采用恰当的技术路线才是正确的做法。Freqcon变流器系统主电路功能和设计主回路拓扑功能1电机侧补偿电容：由于Freqcon变流器采用被动整流模式，对于发电机而言变流器系统可以近似为一个RCD非线性负载。电机侧补偿电容的功能是为了提供对非线性负载虚功的补偿，从而使发电机端功率因数近似为1（即，发电机电压与电流同相位），从而提高系统利用率；2被动整流单元：被动整流单元将发电机发出的交流电变化为直流电，同时整流单元还包括滤波电容，以抑制整流电压波动；3Boost单元：Boost单元的功能是控制整流后Boost电流，从而控制发电机输出功率；4直流母线电容：直流母线电容提供系统惰性环节，保证母线电压的平稳，为Boost电流和并网电流的控制提供基础；5网侧逆变单元：网侧逆变单元控制并网电流，同时控制直流母线电压，使其保持在稳定的范围内；6并网LCL滤波器：并网电流通过LCL滤波器馈入电网系统，LCL滤波器的作用在于滤除并网电流中的高频谐波，满足电网对并网电流THDi的要求.Freqcon变流器系统主电路功能和设计主回路参数设计1电机侧补偿电容参数由于Freqcon1.5MW变流器电机侧采用被动整流模式，电机侧补偿电容的作用是为了补偿非线性负载消耗的虚功，提高发电机输出功率因数。目前Freqcon1.5MW变流器采用的补偿电容配置在整个运行功率段是固定不变的，其参数的设计很难严格计算得到，而是通过系统仿真获得的。这里对电机侧补偿电容的配置需要注意的是，补偿电容的容量并不是越大越好。如果选择过大的补偿电容配置，会造成发电机端电压过高，从而造成整流后电压高于直流母线电压，Boost电流实际不可控的情况，影响系统的正常运行。2直流母线电容参数直流母线电容为系统提供必要的惰性环节，以保证母线电压的稳定，为Boost电流和并网电流的控制提供基础。直流母线电容参数的选择则是要在系统足够惰性，保证稳定运行，与系统成本之间进行折中。Freqcon变流器系统主电路功能和设计3母线电压选择直流母线电压的选择受到系统并网拓扑形式、并网阻抗、并网虚功与实功电流等级，以及网侧电压等级的约束。具体条件如下图所示。要求是VgIg_activewL*ig_activeig_reactivewL*ig_reactiveVinvFreqcon变流器系统主电路功能和设计4LCL并网滤波器参数传统的并网电流滤波器多数采用单电感形式，随着并网标准的提高，如果要满足对并网电流纹波的要求，则必须采用更大的滤波电感，这就造成滤波器体积以及发热量的增加，同时影响系统的动态相应速度，降低直流母线电压的利用率。采用LCL滤波器的目的就在于通过高阶滤波器的作用，更大程度的滤除开关频率纹波，同时不必采用太大的电感。Freqcon变流器系统主电路功能和设计主回路控制器设计Boost电流控制：风电系统中，变流器发电机侧电路的主要功能是从发电机最大可能的拉取功率，注入直流母线。这里涉及的控制问题主要有两个：控制升压电流