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Freqcon GmbH 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50/60 Hz 620VAC(+/-10%) 标准功率因数1.0，无功功率范围-0.950.95 运行温度(外界环境) -3050 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,,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,,,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,,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25pin Dsub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IGBTSemikron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,,Freqcon变流器系统主电路功能和设计,Freqcon 1.5MW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； 3 Boost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Freqcon 1.5MW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Freqcon 1.5MW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,,Freqcon变流器系统主电路功能和设计,4 LCL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：控制升压电流为给定直流量，以保证发电机运行的稳定性；设定Boost电流参考，保证风力发电机工作在最大功率点附近（或按照设定功率曲线运行）； 在我们的系统中，设定Boost电流参考，保证系统工作按照设定功率曲线运行的功能由主控GH策略完成主控根据GH策略计算得到的发电机功率设定，除以变流器整流电压，即得到Boost电流设定，PLC并通过通讯将设定指令传递给变流器控制器，这里不予赘述 发电机输出经不可控整流后，经过Boost升压电路注入直流母线电容，此处的控制目标是将电感电流控制为给定直流量Freqcon变流器系统主电路功能和设计,网侧逆变器控制 变流器网侧电路的主要功能是稳定直流母线电压在设定工作点，同时向电网输送电能，还包括对电网故障的侦测以及电网故障状态下的运行策略这里涉及的控制问题主要有：直流母线电压稳定在设定工作点，给定并网电流设定；控制并网电流为给定交流量，保证与电网电压的同步，以及电流波形的质量。
Freqcon 1.5MW变流器目前所使用的模拟变流板，对并网电流的控制回路还存在电网电压的前馈控制 增加前馈控制回路后新的平均电流模型与电网电压无关，从而消除了电网电压扰动对并网电流控制的干扰Freqcon变流器系统主电路功能和设计,锁相 通过对三相电网电压信号的检测，获得电网电压频率和相位信息，产生与电网电压同相位的正弦波信号，作为并网电流控制的基准 目前Freqcon 1.5MW变流器采用的模拟变流板锁相回路，包含信号源、鉴相器、信号发生器、反馈电路等几个部分电路信号源为网侧电压信号，由电子开关S1和信号源组成鉴相器鉴相信号作为信号反馈电路的输入信号，反馈电路的输出对正弦信号发生器进行校正，从而使信号发生器发生信号与信号源形成了相位及频率关系恒定的锁相信号SIN 锁相控制器对电网三相电压采样信号处理后，得到三个相位差120度的锁相环信号SIN1/SIN2/SIN3，利用这三个正弦信号，通过三角函数运算即可得到三个移相90度的余弦信号COS1/COS2/COS3，这6个信号将作为逆变电流的参考波形使用Freqcon变流器系统主电路功能和设计,直流母线电压控制 Freqcon 1.5MW变流器中，网侧逆变器的控制目标不仅包含对并网电流波形的控制，还包含对直流母线电压的控制。
正负母线电压差的控制 Freqcon 1.5MW变流器网侧采用三相四线架构逆变器，因此不仅需要控制直流母线电压稳定在设定值，还需要控制正负母线电压差，保持正负母线电压的平衡Freqcon变流器系统主电路功能和设计,并网虚实功的控制 通常情况下，变流器并网虚功设定为零，但是在某些情况下（例如，低电压穿越）系统要求提供一定的并网虚功电流，这就需要给定一个虚功电流的设定参考对于Freqcon 1.。