FREQCON变流器简介-17页word资料

FREQCON变流简介

——by郭锐FREQCON变流器总体结构图

各部分简介

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——消耗直流母线上过高的能量。网侧故障后的能量消耗，低电压穿越。

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。

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变流柜

变流柜由低压配电柜、主控柜、IGBT柜1、IGBT柜2、电容柜5部分组成。

变流柜背后风道

变流柜模块图

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。

构成三相全桥不可控整流。

变流器在整个风机的作用

叶轮系统在风作用下受到气动扭矩Ta，叶轮——发电机系统转动会因轴承滚动摩擦、风阻等受到与选中方向相反的摩擦力矩Tf，叶轮带动发电机转动，转子上的永磁体旋转切割定子绕组产生感应电势，如果如果定子绕组中有电流流过将产生电枢反应，通过磁场的作用产生阻碍转子转动的电磁力矩Te。在这几个扭矩作用下，叶轮——发电机系统刚体动力学方程如如上所示。由方程可知当Ta>Tf+Te时，叶轮——发电机系统将在启动力矩作用下转速上升。反之转速将下降。Tf基本为恒量。因此想要调节叶轮转速可以通过调节Ta、Te。由此产生了两种调节方法：一个是变桨调节起动扭矩；另一个是调节发电机电磁扭矩。因此从控制角度来看，变流器需要具有调节发电机电磁扭矩的作用。从能量角度来看风能转化成叶轮系统旋转机械能再通过发电机转换成电能，变流系统需要将发电机发出电能转换成与电网频率、相位、幅值相对应的交流电。完

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整能量转换作用。

Freqcon变流器主电路

Freqcon变流器原理图

Freqcon变流器主要元器件与电路拓扑对照图整流+BOOST斩波升压原理

整流+BOOST斩波升压控制原理

逆变侧原理

网侧对冲

制动回路控制图

变流器信号走线图

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Freqcon变流器采用二极管整流+BOOST DC/DC变换+逆变的AC-DC-AC电力变换形式。整个电路可分为两个部分：整流和逆变。通过二极管整流将发电机发出的不稳定的交流电（1.5MW电机转速0～17.3rpm，电机电压0～690Vac,电压频率0～12.7Hz）变换成直流电；再通过逆变单元，把直流电逆变成与电网电压、频率、相位相匹配的交流电送入电网逆。下面分别简单介绍主电路各部分的功能：

1.电机侧功率补偿电容

由于Freqcon变流器采用被动整流模块，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高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。

2.二极管整流

Freqcon采用两套三相全桥不可控整流方式，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，与全桥并联的电容起到平波的作用。由于采用的是二极管整流，能量无法双向流动，因此Freqcon变流器不能实现电机的反向拖动。

二极管整流后电压与发电机转速及功率有关。

3.斩波升压

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所需扭矩×发

电机转速/二极管整流后电压，即得到Boost电流设定，并通过通讯电缆将设定指令传递给变流器。

控制升压电流为给定直流量，保证发电机运行的稳定性则由这里的斩波升压电路实现。Freqcon变流器采用了boost直流升压斩波电路，斩波升压输出侧直接与网侧逆变直流侧相连，并联三重斩波(载波相位相差120°)方式减小了发电机侧和逆变侧的电流波动。

斩波升压三支IGBT模块1（IGBT1～IGBT3），只有下桥臂和上桥臂反并联的二极管起作用。

并联的支撑电容（实际中分散在各个模块内部）中点与“地”相连，将直流母线电压分成+/-600Vdc，构成了三相四线制逆变器拓扑电路的中性点。

4.制动单元

当变流器检测到直流母线电压过高（超过+/-610Vdc），制动单元工作，通过制动电阻（与IGBT4模块上桥臂并联，上桥臂不作用）、IGBT4模块下桥臂，释放直流母线上过多的能量，维持母线电压。

5.放电回路

放电回路是在变流器停机后将母线上残留的能量通过放电电阻消耗掉，保护机械设备和人身安全。其本质是给母线上的电容放电，放电回路在变流器运行期间不起作用。

6.网侧逆变

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1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。