金风Switch变流系统培训课件——王海龙201003学习教案.ppt

金风金风Switch变流系统变流系统(xtng)培训课件培训课件王海龙王海龙201003第一页，共35页。主要主要(zhyo)(zhyo)内容：内容：1、1.5MW机组Switch变流系统主拓扑结构 2、Switch变流系统控制框图(kungt)3、Switch变流系统的电网侧控制原理4、Switch变流系统的电机侧控制原理 5、Switch变流系统和主控的联系 6、Switch变流系统的柜体内部冷却第1页/共33页第二页，共35页。一、一、SwitchSwitch变流系统变流系统(xtng)(xtng)主拓扑结构主拓扑结构 该变流器采用可控整流的方式把发电机发出的交流电整流为直流电，通过网侧逆变单元把直流电逆变为工频交流电馈入电网。其控该变流器采用可控整流的方式把发电机发出的交流电整流为直流电，通过网侧逆变单元把直流电逆变为工频交流电馈入电网。其控制方式为分布式控制，即每个功率单元都能够独立制方式为分布式控制，即每个功率单元都能够独立(dl)(dl)的执行控制、保护、监测等功能，功率单元之间则通过现场总线连接。的执行控制、保护、监测等功能，功率单元之间则通过现场总线连接。这种这种方式和它的主电路拓扑结构相对应。方式和它的主电路拓扑结构相对应。第2页/共33页第三页，共35页。SwitchSwitch变流器系统变流器系统(xtng)(xtng)原理图原理图 第3页/共33页第四页，共35页。如图所示：如图所示：1U11U1为网侧逆变功率模块，为网侧逆变功率模块，2U12U1和和3U13U1为发电机侧整流功率模块，为发电机侧整流功率模块，4U14U1为制为制动功率模块，动功率模块，3H13H1为预充电模块。为预充电模块。网侧逆变功率模块网侧逆变功率模块1U11U1的作用是将直流母线上的电能转换成为电网的作用是将直流母线上的电能转换成为电网(dinwng)(dinwng)能够接能够接受的形式并传送到电网受的形式并传送到电网(dinwng)(dinwng)上。而发电机侧整流功率模块上。而发电机侧整流功率模块2U12U1和和3U13U1则是将发电机则是将发电机发出的电能转换成为直流电能传送到直流母线上。发出的电能转换成为直流电能传送到直流母线上。制动功率模块制动功率模块4U14U1则是在某种原因使得直流母线上的电能无法正常向电网则是在某种原因使得直流母线上的电能无法正常向电网(dinwng)(dinwng)传递或直流母线电压过高时，将多余的电能在电阻传递或直流母线电压过高时，将多余的电能在电阻4R14R1和和5R15R1上通过发热消耗掉，以避上通过发热消耗掉，以避免直流母线电压过高造成器件的损坏。免直流母线电压过高造成器件的损坏。3H1 3H1模块的作用是在变流器工作之前，给直流母排进行预充电，因为直流母排上带有模块的作用是在变流器工作之前，给直流母排进行预充电，因为直流母排上带有容量很大的电容器，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。容量很大的电容器，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。第4页/共33页第五页，共35页。二、二、SwitchSwitch变流系统控制框图变流系统控制框图(kungt)(kungt)第5页/共33页第六页，共35页。变流控制柜机柜变流控制柜机柜第6页/共33页第七页，共35页。网侧断路器1Q1机械锁定钥匙的钥匙把的位置处于水平方向时断路器处于机械锁定状态，在需要进行机械锁定时最好将钥匙拨到水平位置后将钥匙拔离以确保安全。钥匙位于与地面垂直位置时表明断路器处于正常(zhngchng)工作状态，此位置无法移除钥匙。变流控制柜机柜变流控制柜机柜1第7页/共33页第八页，共35页。变流控制柜机柜变流控制柜机柜2 2第8页/共33页第九页，共35页。变流控制柜变流控制柜3 3第9页/共33页第十页，共35页。复位故障 选择键 1）数值(shz)确认 2）故障历史复位 1）菜单和页的上翻 2）数值(shz)的增加 1）菜单和页的下翻 2）数值(shz)的减少 1）菜单返回 2）数字位向左选择 3）退出编辑模式 1）菜单进入 2）数字位向右选择 3）进入编辑模式 启动按钮 停机按钮按键功能按键功能(gngnng)描描述：述：第10页/共33页第十一页，共35页。变流控制柜机柜变流控制柜机柜4 4、5 5第11页/共33页第十二页，共35页。变流控制变流控制(kngzh)(kngzh)盒盒第12页/共33页第十三页，共35页。变流柜中采用的功率模块都是变流柜中采用的功率模块都是VACONVACON公司生产的通用变频器。这里所说的控制器也是公司生产的通用变频器。这里所说的控制器也是VACONVACON公司为变频器所配的控制公司为变频器所配的控制器。这些控制器和功率模块一一对应，相互之间通过光纤器。这些控制器和功率模块一一对应，相互之间通过光纤/CAN/CAN总线互连。总线互连。从硬件上看，这些控制器的基本配置一致，从控制角度看，从硬件上看，这些控制器的基本配置一致，从控制角度看1U11U1控制器是变流器的控制核心，通过它变流器完成和控制器是变流器的控制核心，通过它变流器完成和WTCWTC（机组主控制器）之间的信息和命令（机组主控制器）之间的信息和命令(mng lng)(mng lng)交互，同时完成对其他控制器的操作。交互，同时完成对其他控制器的操作。第13页/共33页第十四页，共35页。1U1 1U1和和2U12U1及及3U13U1之间通过光纤和之间通过光纤和CANCAN总线总线(zn xin)(zn xin)连接，而连接，而4U14U1通过通过CANCAN总线总线(zn xin)(zn xin)与其它控制器连接，这是因与其它控制器连接，这是因为为1U1/2U1/3U11U1/2U1/3U1之间需要高速通讯以满足系统正常运行所需，而制动功率模块的相应时间可以慢一些。之间需要高速通讯以满足系统正常运行所需，而制动功率模块的相应时间可以慢一些。第14页/共33页第十五页，共35页。三、网侧控制三、网侧控制(kngzh)(kngzh)原理原理 在全功率变流系统中，为便于分析在全功率变流系统中，为便于分析(fnx)(fnx)，通常将电网侧逆变功率单元，通常将电网侧逆变功率单元1U11U1称为网侧变流器，将发电机侧整流功称为网侧变流器，将发电机侧整流功率单元率单元2U12U1、3U13U1称为电机侧变流器。网侧变流器称为电机侧变流器。网侧变流器1U11U1的作用是将直流母线上的有功功率转换为恒幅恒频的三相交流电馈的作用是将直流母线上的有功功率转换为恒幅恒频的三相交流电馈入电网，保证功率因数，并减小对电网的谐波污染。其控制原理框图为：入电网，保证功率因数，并减小对电网的谐波污染。其控制原理框图为：第15页/共33页第十六页，共35页。网侧功率网侧功率(gngl)(gngl)模块控制原理框图模块控制原理框图第16页/共33页第十七页，共35页。从图中可以看到，其控制对象(duxing)为网侧电压和直流母线电压，这两个控制对象(duxing)本质上分别代表网侧无功功率和有功功率。一般来说，当网侧电压上升时，需要网侧模块提供感性无功；而当网侧电压下降时则需要提供容性无功。第17页/共33页第十八页，共35页。其中电网电压为可选项，实际系统中并没有这个功能，而以其中电网电压为可选项，实际系统中并没有这个功能，而以WTCWTC（机组主控制器）给（机组主控制器）给出的无功功率指令代替。根据这个无功指令，考虑到电网电压波动有限，则可以直接得到这出的无功功率指令代替。根据这个无功指令，考虑到电网电压波动有限，则可以直接得到这个无功对应个无功对应(duyng)(duyng)的无功电流，如下式所示：的无功电流，如下式所示：式中Idref为无功电流，Q为无功给定，Us为电网(dinwng)电压。第18页/共33页第十九页，共35页。根据电网电压也可以产生无功输出给定，但在目前的系统中并没有实现这一功能。有功功率是由发电机提供的，发电机发出的有功功率通过(tnggu)发电机侧功率模块转化为直流有功输送到直流母线上。而网侧功率模块则将直流母线上的有功转换为交流有功输送到电网上。第19页/共33页第二十页，共35页。当直流母线上输入有功功率增加到大于通过网侧模块输送到电网上的有功时，将导致直流母当直流母线上输入有功功率增加到大于通过网侧模块输送到电网上的有功时，将导致直流母线电压上升线电压上升(shngshng)(shngshng)；而当直流输入有功功率下降到小于输送到电网的有功时，直流母线电；而当直流输入有功功率下降到小于输送到电网的有功时，直流母线电压会下降。压会下降。也就是说，直流母线电压的变化直接反应了发电机发出的功率的变化。网侧功率模块通过也就是说，直流母线电压的变化直接反应了发电机发出的功率的变化。网侧功率模块通过(tnggu)监测直流母线电压的波动，就可以得到输出有功电流的大小。监测直流母线电压的波动，就可以得到输出有功电流的大小。第20页/共33页第二十一页，共35页。发电机侧功率模块发电机侧功率模块(m kui)(m kui)控制原理框图控制原理框图 四、电机侧控制四、电机侧控制(kngzh)(kngzh)原理原理 第21页/共33页第二十二页，共35页。从图中可以看到这里只给出了一套绕组从图中可以看到这里只给出了一套绕组(roz)(roz)对应的功率模块的控制框图。这是由于两套绕组对应的功率模块的控制框图。这是由于两套绕组(roz)(roz)在控制原理上是一致的，只是在控制的相位上有一定偏在控制原理上是一致的，只是在控制的相位上有一定偏差，所以这里只需要给出一套绕组差，所以这里只需要给出一套绕组(roz)(roz)对应的功率模块控制框图。对应的功率模块控制框图。另外，图中光电码盘在实际系统中是不存在的，实际上采用的是无速度矢量控制原理。通过这一控制方式，可以得到转子转速，从而得到转子磁场位置角另外，图中光电码盘在实际系统中是不存在的，实际上采用的是无速度矢量控制原理。通过这一控制方式，可以得到转子转速，从而得到转子磁场位置角 rr。通过。通过VACONVACON公公司的核心算法，可以从电机电枢电流及电机参数推导得到转子磁场的旋转速度。司的核心算法，可以从电机电枢电流及电机参数推导得到转子磁场的旋转速度。第22页/共33页第二十三页，共35页。从框图上可以看到这里采用的是直接转子磁场定向控制。首先根据检测得到的转子磁场的旋转速度，从框图上可以看到这里采用的是直接转子磁场定向控制。首先根据检测得到的转子磁场的旋转速度，积分得到转子磁场位置角积分得到转子磁场位置角rr。根据这个。根据这个(zh ge)(zh ge)位置角位置角rr，对检测得到的发电机定子电流进行三相静止坐标，对检测得到的发电机定子电流进行三相静止坐标系到两相同步旋转坐标系的变换，得到转矩电流分量系到两相同步旋转坐标系的变换，得到转矩电流分量iqiq和励磁电流分量和励磁电流分量idid。这两个量作为电流闭环控制的反。这两个量作为电流闭环控制的反馈量。馈量。第23页/共33页第二十四页，共35页。转矩电流的参考给定有两个来源：转矩电流的参考给定有两个来源：（1 1）由转速参考给定与检测得到的转子速度进行比较，然后经过）由转速参考给定与检测得到的转子速度进行比较，然后经过PIPI调节器得到转矩电流给定。调节器得到转矩电流给定。（2 2）根据转矩给定直接得到转矩电流给定。）根据转矩给定直接得到转矩电流给定。励磁电流的参考给定则比较复杂励磁电流的参考给定则比较复杂：首先根据直流母线电压推算出对应的定子首先根据直流母线电压推算出对应的定子(dngz)(dngz)最大端电压，将这个电压和前馈电压值比较，将其中较小者作为机端电压最大值。最大端电压，将这个电压和前馈电压值比较，将其中较小者作为机端电压最大值。再将这个结果和电压给定进行比较，再经过磁场控制器得到励磁电流给定。再将这个结果和电压给定进行比较，再经过磁场控制器得到励磁电流给定。注意，这里虽然用注意，这里虽然用PIPI调节器的符号表示磁场控制器，但实际上与一般的调节器的符号表示磁场控制器，但实际上与一般的PIPI调节器是有一定区别的。调节器是有一定区别的。第24页/共33页第二十五页，共35页。在得到励磁电流在得到励磁电流(dinli)/(dinli)/转矩电流转矩电流(dinli)(dinli)的给定和反馈之后，通过电流的给定和反馈之后，通过电流(dinli)(dinli)调节器可调节器可以得到转矩电压以得到转矩电压/励磁电压的参考给定值励磁电压的参考给定值Udref/UqrefUdref/Uqref。再根据转子磁场位置角再根据转子磁场位置角rr，对这两个给定进行两相同步旋转坐标系到三相静止坐标系的变换，得，对这两个给定进行两相同步旋转坐标系到三相静止坐标系的变换，得到发电机机端三相电压的给定。根据这三相给定，到发电机机端三相电压的给定。根据这三相给定，PWMPWM模块给出功率器件的驱动脉冲。模块给出功率器件的驱动脉冲。第25页/共33页第二十六页，共35页。制动功率模块使用原理(yunl)（典型应用）第26页/共33页第二十七页，共35页。五、五、SwitchSwitch变流系统变流系统(xtng)(xtng)和主控的联系和主控的联系 1 1、主电缆、主电缆（1 1）变流系统）变流系统(xtng)(xtng)电源电缆电源电缆 400VAC 400VAC，54mm254mm2（2 2）变流系统）变流系统(xtng)UPS(xtng)UPS电源电缆电源电缆 230VAC 230VAC，31.5mm231.5mm2（3 3）电流互感器电缆）电流互感器电缆 400VAC 400VAC，41.5mm241.5mm2 （4 4）电控系统电控系统(xtng)(xtng)总电源电缆总电源电缆 690VAC 690VAC，310mm2310mm2第27页/共33页第二十八页，共35页。2 2、控制和通信、控制和通信(tng xn)(tng xn)电缆电缆 （1 1）Profibus DPProfibus DP通信通信(tng xn)(tng xn)电缆；电缆；（2 2）控制线，）控制线，24VDC24VDC，10 x1mm210 x1mm2。第28页/共33页第二十九页，共35页。2.1 2.1 控制和通讯控制和通讯(tngxn)(tngxn)信号信号 （a a）主控到变流的）主控到变流的DPDP信号信号 （b b）变流到主控的）变流到主控的DPDP信号信号 （c c）硬件控制线的控制信号）硬件控制线的控制信号 第29页/共33页第三十页，共35页。2.2 2.2 变流和主控连接的变流和主控连接的1010芯控制线的控制信号芯控制线的控制信号 变流系统准备变流系统准备(zhnbi)(zhnbi)启动；启动；变流系统故障；变流系统故障；变流系统急停；变流系统急停；变流系统急停复位；变流系统急停复位；变流系统启动使能；变流系统启动使能；第30页/共33页第三十一页，共35页。6 6、Switch Switch变流系统变流系统(xtng)(xtng)的柜体内部冷却的柜体内部冷却 Switch变流控制柜内有一套风冷却系统，可以在变流柜内形成风冷却循环以防止出现局部过热现象，并且柜体内还装有湿度(shd)监测传感器，以保障变流系统在适宜的湿度(shd)下工作。第31页/共33页第三十二页，共35页。谢 谢！ThankThank you!you!第32页/共33页第三十三页，共35页。感谢您的观看感谢您的观看(gunkn)。第33页/共33页第三十四页，共35页。内容(nirng)总结金风(jn fn)Switch变流系统培训课件王海龙201003。而发电机侧整流功率模块2U1和3U1则是将发电机发出的电能转换成为直流电能传送到直流母线上。钥匙位于与地面垂直位置时表明断路器处于正常工作状态，此位置无法移除钥匙。再将这个结果和电压给定进行比较，再经过磁场控制器得到励磁电流给定。1、主电缆（1）变流系统电源电缆。230VAC，31.5mm2（3）电流互感器电缆。感谢您的观看第三十五页，共35页。