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金风1.5MW机组变流器介绍（FREQCON系统）主要内容：一、1.5MW机组freqcon变流系统的主拓扑结构二、freqcon变流系统三、freqcon变流系统各元器件介绍四、预充电回路五、freqcon变流系统的冷却该变流器采用了不可控整流方式把发电机发出的电整流为直流电，通过网侧逆变IGBT模块把直流电变成工频交流电并入电网。其控制方式为集中式控制。变流器的控制器集中的控制每个IGBT功率模块工作，并检测每个IGBT功率模块的工作状态。一、freqcon变流系统主拓扑结构freqcon变流器系统原理图1200VDC升压斩波制动单元滤波电容逆变二极管整流永磁同步发电机风机箱变1250kVA0.62/10kV斩波电抗器前通二极管逆变IGBT续流二极管DC-Link斩波IGBT功补电容电机侧主开关网侧主开关整流支撑电容Freqcon变流器主要元器件与电路拓扑对照图基本原理结构变流系统按照永磁同步风力发电机的特点专门设计，与六相永磁同步发电机具有很好的适应性，即通过六相不可控整流，有效减少或抑制了电机侧的谐波转矩脉动，同时对电机绕组几乎没有du/dt的影响。另外，从上图可看出，变流装置主回路采用多重化并联技术，提高了系统容量（小容量功率器件可用在大容量系统中）、减少了输出电流谐波。中间斩波升压是三重斩波升压，起到了稳压和升压作用，适应了风机的最大风能捕获策略，即把变动的发电机输出电压，与整流回路一起最终稳定在DC-Link电压设定值附近，使DC-Link电压稳定在逆变环节所需的直流电压上。DC/AC变换部分采用两重逆变策略，通过采用先进的PWM脉宽调制技术，有效减少了输出谐波（THD％4%）、提高了系统容量。通过控制上的优化，使电压闪变指标在国际技术标准允许范围之内。变流器主要采用10个IGBT单元＋2个二极管桥式整流单元＋3个框架开关＋1个变流控制板＋1个高电压采集板组成。金风MW级直驱永磁同步风力发电系统变流装置是全功率变流系统，与各种电网的兼容性好，具有更宽范围内的无功功率调节能力和对电网电压的支撑能力。同时，变流系统先进的控制策略和特殊设计的制动单元使风机系统具有很好的低电压穿越能力（LVRTCapability），以适应电网故障状态，在一定时间内保持与电网的联接和不脱网。通过独到的信号采集技术、接口技术等提高了变流装置系统的电磁兼容性，如直流环节的均压接地措施，有效减少了干扰。二、FREQCON变流系统滑环1号变桨柜2号变桨柜3号变桨柜机舱柜（topbox)主控柜和低压柜DP总线DP总线DP总线DP总线DP总线DP总线DP总线IGBT单元变流控制器变流柜变流器信号走线freqcon变流控制器网侧逆变IGBT直流斩波升压IGBT制动单元IGBT整流二级管数字量信号模拟量信号调制脉冲驱动信号调制脉冲驱动信号调制脉冲驱动信号变流器控制子站Freqcon变流器整体结构框图1.5兆瓦直驱发电机整流单元主断路器充电电路斩波升压变流控制器电机电容逆变单元制动单元放电电路滤波电容支撑电容freqcon变流系统的控制器变流板前后面板介绍变流板指示灯说明拨码说明变流控制器的原理框图图1进口变流控制板原理框图电压基准过压过流保护输入信号隔离有功及无功计算多路转换开关直流电压直流电压信号处理交流电压交流电压有效值交流电流交流电流有效值电源给定信号输出信号隔离数字输出模拟输出故障处理显示电路状态显示给定信号PWM调制制动单元脉冲输出制动单元控制锁相环三角波产生电路IGBT电流反馈电流反馈信号处理温度信号处理斩波器控制斩波器脉冲输出逆变器控制PWM调制逆变器脉冲输出PWM调制IPM模块温度温度传感器斩波器控制脉冲逆变器控制脉冲制动单元控制脉冲数字输入三、各元器件介绍变压器支架620/400V自耦变压器——提供机组动力用电和控制用电。总容量40KVA，副边22.4KVA提供主控柜，变流柜用电。17.5KVA提供机舱用电。IGBT2冷却风扇——风冷系统循环动力制动电阻制动电阻箱——1组制动IGBT单元与制动电阻连接消耗母排上多余的电能和因特殊原因无法向电网正常输送的电能，保证母排电压始终在正常范围内电抗器支架网侧空开——风机的并网与脱网控制。过流、短路等保护功能。注意保护后复位按钮弹出需回复。电流互感器——完成电流变送。变比：1/2000。原理：二次侧短路的特殊变压器，二次侧相当于一个电压源。3组（六个）交流电抗器——与网侧电容、变压器构成LCL滤波。3个直流电抗器——直流斩波升压电抗器。两组发电机侧整流单元FRECON采用三相反并联的二极管整流，二极管具有单向导通性，利用两套整流单元，将发电机发出的（电压和频率）不稳定的交流电变换成直流电传输到母排上。整流模块原理图每只DIODE模块包含三只半桥整流二极管，16只支撑电容、4只均压电阻组成。(一)6组逆变IGBT单元6组逆变IGBT单元将经过斩波升压的直流电，转换为与电网频率、电压相匹配的交流电，再经过变压器传送到电网上。(二)3组斩波升压IGBT单元经过整流后的直流电会随着发电机转速的变化而变化，利用斩波升压电路减少逆变侧的电流波动,保证网侧逆变所需要的稳定的直流电压。(三)1组制动IGBT单元1组制动IGBT单元与制动电阻连接消耗母排上多余的电能和因特殊原因无法向电网正常输送的电能，保证母排电压始终在正常范围内。IGBT单元IGBT模块原理图每只IGBT模块包含一个智能半桥模块（半桥由串联的两个IGBT和与之反并联的二极管组成，分别称为上桥臂和下桥臂）、16只支撑电容、4只吸收电容、4只均压电阻、1块过压保护板、直流端2只快熔组成。放电电阻放电电阻主要在变流器停机以后起作用，变流器停机后母排上残留有部分电能，放电电阻可以将母排上残留的电能消耗掉，保护电气设备和人身安全，其主要目的是对母排上的电容进行放电。放电回路：一端接在正、负直流母排上，另端经过接触器接在PE排上。充电电阻机组母排上连接有很多电容，预充电时网侧电流很大，为了限制网侧电流，防止网侧电流击穿电路中的电容器，所以在预充电回路上加上了充电电阻，充电电阻的主要作用是限流。充电回路：一端接在框架开关的下口，另一端端就在开关的上口。达到设置的电压后断开此回路，框架开关闭合。变频器（ABB）变频器采用交流—直流—交流的方式，将恒压恒频的交流电通过整流电路转换成直流电，然后再经过逆变电路将直流变化成可以调节频率的交流电，其主要作用是根据电流的大小调节风扇电机的转速，其主要原理是利用N=60F/P公式,N=电机转速、F=频率、P=磁极对数，通过改变交流电频率的大小增大或减小电机转速。高压I/O板高压I/O板是用来连接高压I/O信号，主要作用是接收电流互感器信号，发出预充电启动、主控开启动及其反馈信号，直流母排电压监测，整流母排电压监测，将监测出来的I/0信号通过插针端子DSUB电缆传送给变流器控制板。25芯线高压I/O板变流器控制板变流器控制板主要功能是实现变流器的控制与监测。•控制方面包括•预充电控制•逆变单元控制•制动单元控制•斩波升压单元控制•监控方面：•电压测量•电流测量•频率测量•有功测量•无功测量故障及其它信号显示四、预充电回路注：启动前先进行充电，充电时间由充电电压决定在闭合主断路器之前，需要给直流母排进行预充电，因为直流母排上带有大容量电容器，若不预充电，则在闭合主断路器时会对系统造成很大的电流冲击。五、冷却系统IGBT模块单元散热片冷却控制IGBT模块单元电容器冷却国产FREQCON总体结构图柜顶风扇变流器启动运行流程图复位变流器故障信号预充电接触器吸合（放电接触器断开）正负母线电压绝对值420V?网侧空开吸合变流器准备完成等待机组发电条件满足YY变流器启动信号?预充电接触器吸合反馈?网侧空开吸合反馈?机组安全OK?无直流母线高电压故障?无直流母线低电压故障?无网侧相电压过压故障?无斩波升压IGBT过流故障?无斩波制动IGBT过流故障?无网侧逆变IGBT过流故障?IGBTOK信号?profi_out_converter_on变流器启动主控变流器延时25s电机侧空开吸合profi_in_converter_readyN故障停机profi_out_converter_enable网侧滤波电容接触器吸合延时500msprofi_out_contactor_filter_capacitor_on变流器调制运行AND谢谢