金风Freqcon变流器介绍
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Freq来自on变流器系统结构 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 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 变流器系统结构
控制回路
13×7 24V DC 24V 2.1
13F7
0V DC
33DOS4 KL1104 Torque max 32K2 24V2.2 24V2.3
31K2 32ST4 KL9210 35ST4 KL9210
32DI8 KL1104 XS12.6
24VDC 回路2
Q1 Q2
1Q7
4 24DI6 KL1104
控制回路
• 控制回路主要是使用 控制回路主要是使用24VDC供电的设备，它们通过PLC、变流器 供电的设备，它们通过 供电的设备 、 控制器等共同实现变流器逻辑、功能、保护等功能。 控制器等共同实现变流器逻辑、功能、保护等功能。 主要包括： 主要包括： • PLC （倍福）系统 倍福）系统——主CPU和各个功能模块； 和各个功能模块； 主 和各个功能模块 • 变流器控制器（变流板）、高压I/O板； 变流器控制器（变流板）、高压 板 ）、高压 • 通信、面板机； 通信、面板机； • IGBT模块控制电路； 模块控制电路； 模块控制电路 • 与逻辑、保护功能相关的各种继电器、接触器； 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。 面板控制按钮、开关、指示灯。
预充电回路和配电回路
主断路器 1Q2
3Q8.1 3Q8.2 1Q7
逆 变 器
400 VAC 其他 连接
3R8 三相电 压测量
滤波 电容
400V AC
16A2/6 1号 柜冷 M 却和 加热 N 电 容 2*M 风 扇 M 助 力 器
620VAC
1Q3
2T4
送主控
N
1T2 2Q1/2
三相电 流测量 620VAC
Freqocn变流器的安装 变流器的安装
Freqocn变流器的安装 变流器的安装
Freqocn变流器的安装 变流器的安装
Freqcon变流器调试与维护 变流器调试与维护
• Freqcon变流器目前都在北京天诚同创电气设备公司生产，对于 变流器目前都在北京天诚同创电气设备公司生产， 变流器目前都在北京天诚同创电气设备公司生产 每一台变流器，要对所有的 模块进行电气和老化实验； 每一台变流器，要对所有的IGBT模块进行电气和老化实验； 模块进行电气和老化实验 • 每一台机组要做全面的出厂实验，包括外观、密封性、绝缘测试， 每一台机组要做全面的出厂实验，包括外观、密封性、绝缘测试， 上电后的二次回路功能检查， 上电后的二次回路功能检查，主电路的通电和功率实验来保证机 组的可靠性 • 风场新装机变流器的调试，请参考Freqcon变流器现场调试手册》 风场新装机变流器的调试，请参考 变流器现场调试手册》 变流器现场调试手册
变流控制器接口介绍
变流控制器安装位置
IGBT功率模块 功率模块
IGBT模块结构图 模块结构图
IGBT功率模块 功率模块
• IGBT模块也是金风自主设计生产的功率模块 模块也是金风自主设计生产的功率模块 包括IGBT——Semikron公司的 公司的Skiip功率单元；直流支撑电容（铝电解）； 功率单元； 包括 公司的 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； 滤波电容； 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 叠层母排设计节省空间，散热器后置， 直流排前部连接，
主空开 电抗器支架部分
变压器支架部分 散热下风机
Freqcon变流器系统结构 变流器系统结构
发电机开关柜
Freqcon变流器系统结构 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 发电机（ 相 发电机开关柜——补偿电容组 补偿电容组——二极管整 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 斩波升压电路（ 直流母线——逆变器电 流电路 斩波升压电路 ） 直流母线 逆变器电 滤波电路——箱变 箱变——电网 路——LCL滤波电路 滤波电路 箱变 电网 • 主要分成 个部分:整流电路、斩波升压电路、逆变电路 主要分成3个部分 整流电路 斩波升压电路、 个部分 整流电路、 • 制动（chopper）电路 制动（ ）
Freqcon变流器概述 变流器概述
• Freqcon变流器是以 变流器是以——被动整流＋斩波升压＋PWM逆变器为拓 被动整流＋斩波升压＋ 逆变器为拓 变流器是以 被动整流 扑的全功率变流器 基本参数： 基本参数： • 额定功率 额定功率——1500kW • 适合接入电网 适合接入电网——50/60 Hz 620VAC(+/-10%) • 标准功率因数 标准功率因数——1.0，无功功率范围 ，无功功率范围-0.95~0.95 • 运行温度(外界环境 运行温度 外界环境)—— -30~50 外界环境 • 风冷散热方式 • PLC控制 控制 • ProfibusDP/光纤通信 光纤通信
24VDC
备用
塔 架 照 明
1号柜 体加热 照明 插座
UPS 插座
12A2、 12A6
柜体 散热 M
12A0
M 塔架 冷却
PE
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 预充电回路是在变流器运行前，直流母线没有电压时， 的电阻为母线充电的电路。它绕开了主空开， 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。 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 经过供电变压器转换为两路400VAC，一路为变流器主 经过供电变压器转换为两路 ， 柜设备供电，另一路为机舱供电。 柜设备供电，另一路为机舱供电。 • 400VAC为以下设备供电使用： 为以下设备供电使用： 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 开关电源； 开关电源 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； 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； 内的照明、助力器、维护插座； • 主空开的储能供电
变流器控制器（变流板） 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 和高压 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 根 电缆连接 和PLC的接口信号如下 的接口信号如下
变流控制器接口介绍
•
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 模块类似， 模块类似
Freqcon变流器系统主电路功能 变流器系统主电路功能
主回路拓扑
0.3mH 0.3mH + 0.3mH
Gen
6800uF
-
+
0.3mH 0.3mH 0.3mH Grid 620V, 50Hz
Transformer: 6% short-circuit impedance 65uH 3×500uF -
Freqcon变流器概述 变流器概述
Freqcon变流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。
电容熔断 器反馈
24V 2.4
50A7 以太网口供电 0V 2.3 0V 2.2 31K7 0V 2.1 XS12.9
31K7
33DIS4 KL1104
发电机接 触器吸合
变流器控制器（变流板） 变流器控制器（变流板）
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 变流板内部是模拟电路板，它能够配合 的主控程序命令， 的主控程序命令 现变流器的控制功能， 变流器的一个重要部分。 现变流器的控制功能，是Freqcon变流器的一个重要部分。 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 变流板能够控制变流器的启动、停止；通过控制 只 模块 调制工作，完成从发电机到电网的能量转换； 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； 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。 号完成频率、并网功率等数据的计算。 变流板的接口： 变流板的接口： • 驱动 只IGBT模块 驱动10只 模块——通过 条15pin的Dsub电缆连接； 通过10条 电缆连接； 模块 通过 的 电缆连接 • 和PLC模块的模拟量、开关量接口 模块的模拟量、 通过两条37pin的Dsub电 模块的模拟量 开关量接口——通过两条 通过两条 的 电 缆连接； 缆连接；
Freqcon变流器系统主电路功能 变流器系统主电路功能
主回路拓扑功能
1 电机侧补偿电容：由于 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 变流器采用被动整流模式， 变流器采用被动整流模式 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 非线性负载。 变流器系统可以近似为一个 非线性负载 提供对非线性负载无功的补偿，从而使发电机端功率因数近似为1（ 提供对非线性负载无功的补偿，从而使发电机端功率因数近似为 （即发电机 电压与电流同相位），从而提高系统利用率； ），从而提高系统利用率 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 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， 流单元还包括滤波电容，以抑制整流电压波动； 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 单元： 单元的功能是控制整流后Boost电流，从而控制发电机输 电流， 单元 单元的功能是控制整流后 电流 出功率； 出功率； 4 直流母线电容：保证母线电压的平稳，为Boost电流和并网电流的控制提供 直流母线电容：保证母线电压的平稳， 电流和并网电流的控制提供 基础； 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 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， 保持在稳定的范围内； 保持在稳定的范围内； 6 并网 并网LCL滤波器：并网电流通过 滤波器： 滤波器馈入电网系统， 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 滤波器馈入电网系统 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 的要求. 用在于滤除并网电流中的高频谐波，满足电网对并网电流 的要求
Freqcon变流器介绍培训课件 变流器介绍培训课件
编 订：吴彦龙
主要内容
• • • • • • • Freqcon变流器概述 变流器概述 Freqcon变流器系统结构 变流器系统结构 Freqcon变流器系统主电路功能 变流器系统主电路功能 Freqcon变流器的逻辑功能和保护 变流器的逻辑功能和保护 Freqocn变流器的安装 变流器的安装 Freqcon变流器调试与维护 变流器调试与维护 Freqcon变流器与 变流器与Switch变流器比较 变流器与 变流器比较
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 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 变流器系统结构
控制回路
13×7 24V DC 24V 2.1
13F7
0V DC
33DOS4 KL1104 Torque max 32K2 24V2.2 24V2.3
31K2 32ST4 KL9210 35ST4 KL9210
32DI8 KL1104 XS12.6
24VDC 回路2
Q1 Q2
1Q7
4 24DI6 KL1104
控制回路
• 控制回路主要是使用 控制回路主要是使用24VDC供电的设备，它们通过PLC、变流器 供电的设备，它们通过 供电的设备 、 控制器等共同实现变流器逻辑、功能、保护等功能。 控制器等共同实现变流器逻辑、功能、保护等功能。 主要包括： 主要包括： • PLC （倍福）系统 倍福）系统——主CPU和各个功能模块； 和各个功能模块； 主 和各个功能模块 • 变流器控制器（变流板）、高压I/O板； 变流器控制器（变流板）、高压 板 ）、高压 • 通信、面板机； 通信、面板机； • IGBT模块控制电路； 模块控制电路； 模块控制电路 • 与逻辑、保护功能相关的各种继电器、接触器； 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。 面板控制按钮、开关、指示灯。
预充电回路和配电回路
主断路器 1Q2
3Q8.1 3Q8.2 1Q7
逆 变 器
400 VAC 其他 连接
3R8 三相电 压测量
滤波 电容
400V AC
16A2/6 1号 柜冷 M 却和 加热 N 电 容 2*M 风 扇 M 助 力 器
620VAC
1Q3
2T4
送主控
N
1T2 2Q1/2
三相电 流测量 620VAC
Freqocn变流器的安装 变流器的安装
Freqocn变流器的安装 变流器的安装
Freqocn变流器的安装 变流器的安装
Freqcon变流器调试与维护 变流器调试与维护
• Freqcon变流器目前都在北京天诚同创电气设备公司生产，对于 变流器目前都在北京天诚同创电气设备公司生产， 变流器目前都在北京天诚同创电气设备公司生产 每一台变流器，要对所有的 模块进行电气和老化实验； 每一台变流器，要对所有的IGBT模块进行电气和老化实验； 模块进行电气和老化实验 • 每一台机组要做全面的出厂实验，包括外观、密封性、绝缘测试， 每一台机组要做全面的出厂实验，包括外观、密封性、绝缘测试， 上电后的二次回路功能检查， 上电后的二次回路功能检查，主电路的通电和功率实验来保证机 组的可靠性 • 风场新装机变流器的调试，请参考Freqcon变流器现场调试手册》 风场新装机变流器的调试，请参考 变流器现场调试手册》 变流器现场调试手册
变流控制器接口介绍
变流控制器安装位置
IGBT功率模块 功率模块
IGBT模块结构图 模块结构图
IGBT功率模块 功率模块
• IGBT模块也是金风自主设计生产的功率模块 模块也是金风自主设计生产的功率模块 包括IGBT——Semikron公司的 公司的Skiip功率单元；直流支撑电容（铝电解）； 功率单元； 包括 公司的 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； 滤波电容； 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 叠层母排设计节省空间，散热器后置， 直流排前部连接，
主空开 电抗器支架部分
变压器支架部分 散热下风机
Freqcon变流器系统结构 变流器系统结构
发电机开关柜
Freqcon变流器系统结构 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 发电机（ 相 发电机开关柜——补偿电容组 补偿电容组——二极管整 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 斩波升压电路（ 直流母线——逆变器电 流电路 斩波升压电路 ） 直流母线 逆变器电 滤波电路——箱变 箱变——电网 路——LCL滤波电路 滤波电路 箱变 电网 • 主要分成 个部分:整流电路、斩波升压电路、逆变电路 主要分成3个部分 整流电路 斩波升压电路、 个部分 整流电路、 • 制动（chopper）电路 制动（ ）
Freqcon变流器概述 变流器概述
• Freqcon变流器是以 变流器是以——被动整流＋斩波升压＋PWM逆变器为拓 被动整流＋斩波升压＋ 逆变器为拓 变流器是以 被动整流 扑的全功率变流器 基本参数： 基本参数： • 额定功率 额定功率——1500kW • 适合接入电网 适合接入电网——50/60 Hz 620VAC(+/-10%) • 标准功率因数 标准功率因数——1.0，无功功率范围 ，无功功率范围-0.95~0.95 • 运行温度(外界环境 运行温度 外界环境)—— -30~50 外界环境 • 风冷散热方式 • PLC控制 控制 • ProfibusDP/光纤通信 光纤通信
24VDC
备用
塔 架 照 明
1号柜 体加热 照明 插座
UPS 插座
12A2、 12A6
柜体 散热 M
12A0
M 塔架 冷却
PE
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 预充电回路是在变流器运行前，直流母线没有电压时， 的电阻为母线充电的电路。它绕开了主空开， 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。 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 经过供电变压器转换为两路400VAC，一路为变流器主 经过供电变压器转换为两路 ， 柜设备供电，另一路为机舱供电。 柜设备供电，另一路为机舱供电。 • 400VAC为以下设备供电使用： 为以下设备供电使用： 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 开关电源； 开关电源 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； 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； 内的照明、助力器、维护插座； • 主空开的储能供电
变流器控制器（变流板） 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 和高压 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 根 电缆连接 和PLC的接口信号如下 的接口信号如下
变流控制器接口介绍
•
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 模块类似， 模块类似
Freqcon变流器系统主电路功能 变流器系统主电路功能
主回路拓扑
0.3mH 0.3mH + 0.3mH
Gen
6800uF
-
+
0.3mH 0.3mH 0.3mH Grid 620V, 50Hz
Transformer: 6% short-circuit impedance 65uH 3×500uF -
Freqcon变流器概述 变流器概述
Freqcon变流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。
电容熔断 器反馈
24V 2.4
50A7 以太网口供电 0V 2.3 0V 2.2 31K7 0V 2.1 XS12.9
31K7
33DIS4 KL1104
发电机接 触器吸合
变流器控制器（变流板） 变流器控制器（变流板）
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 变流板内部是模拟电路板，它能够配合 的主控程序命令， 的主控程序命令 现变流器的控制功能， 变流器的一个重要部分。 现变流器的控制功能，是Freqcon变流器的一个重要部分。 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 变流板能够控制变流器的启动、停止；通过控制 只 模块 调制工作，完成从发电机到电网的能量转换； 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； 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。 号完成频率、并网功率等数据的计算。 变流板的接口： 变流板的接口： • 驱动 只IGBT模块 驱动10只 模块——通过 条15pin的Dsub电缆连接； 通过10条 电缆连接； 模块 通过 的 电缆连接 • 和PLC模块的模拟量、开关量接口 模块的模拟量、 通过两条37pin的Dsub电 模块的模拟量 开关量接口——通过两条 通过两条 的 电 缆连接； 缆连接；
Freqcon变流器系统主电路功能 变流器系统主电路功能
主回路拓扑功能
1 电机侧补偿电容：由于 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 变流器采用被动整流模式， 变流器采用被动整流模式 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 非线性负载。 变流器系统可以近似为一个 非线性负载 提供对非线性负载无功的补偿，从而使发电机端功率因数近似为1（ 提供对非线性负载无功的补偿，从而使发电机端功率因数近似为 （即发电机 电压与电流同相位），从而提高系统利用率； ），从而提高系统利用率 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 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， 流单元还包括滤波电容，以抑制整流电压波动； 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 单元： 单元的功能是控制整流后Boost电流，从而控制发电机输 电流， 单元 单元的功能是控制整流后 电流 出功率； 出功率； 4 直流母线电容：保证母线电压的平稳，为Boost电流和并网电流的控制提供 直流母线电容：保证母线电压的平稳， 电流和并网电流的控制提供 基础； 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 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， 保持在稳定的范围内； 保持在稳定的范围内； 6 并网 并网LCL滤波器：并网电流通过 滤波器： 滤波器馈入电网系统， 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 滤波器馈入电网系统 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 的要求. 用在于滤除并网电流中的高频谐波，满足电网对并网电流 的要求
Freqcon变流器介绍培训课件 变流器介绍培训课件
编 订：吴彦龙
主要内容
• • • • • • • Freqcon变流器概述 变流器概述 Freqcon变流器系统结构 变流器系统结构 Freqcon变流器系统主电路功能 变流器系统主电路功能 Freqcon变流器的逻辑功能和保护 变流器的逻辑功能和保护 Freqocn变流器的安装 变流器的安装 Freqcon变流器调试与维护 变流器调试与维护 Freqcon变流器与 变流器与Switch变流器比较 变流器与 变流器比较