风电变流器用户手册

目录
1 变流器系统概述 (4)
1.1变流器系统特点 (4)
1.2系统工作原理 (4)
1.3通讯功能 (5)
1.4技术参数 (5)
1.5系统构成 (6)
1.5.1主电源柜+1S3 (6)
1.5.2控制柜+1S2 (6)
1.5.3与转子相连的功率器件+1S1 (7)
2 变流器调试及面板操作 (8)
2.1 调试安全说明 (8)
2.2调试前提条件 (9)
2.2.1调试配置要求 (9)
2.2.2干燥系统 (9)
2.2.3调试准备 (9)
2.2.4整个系统和线路检查 (9)
2.2.5连接电压及通电状态检查 (11)
2.3变流器调试步骤 (11)
2.4变流器操作面板上元件介绍 (20)
3 变流器维护及故障检修 (21)
3.1变流器系统维护 (21)
3.1.1可视化检查整个系统状态 (21)
3.1.2清理系统 (21)
3.1.3检查电源电路连接 (21)
3.1.4硬件检查 (22)
3.1.5元器件检查 (22)
3.1.6更换电路图 (22)
3.1.7插头连接安装正确，扁平线的安装位置 (22)
3.1.8安全功能 (22)
3.1.9软件检查 (22)
3.1.10系统最优化 (23)
3.1.11监控系统的运行 (23)
3.1.12保存和存档软件文件 (23)
3.1.13断路器的维护 (23)
3.2变流器故障检修 (24)
3.2.1故障信息的最先存储 (24)
3.2.2故障发生时的操作顺序 (24)
3.2.3事件信息 (24)
3.2.4故障信息 (28)
1 变流器系统概述
1.1变流器系统特点
变流器和带滑环结构的绕线式异步风力发电机协调工作，该变流器能够结合该异步风力发电机达到以下要求：
-无功率突变
-容性和感性无功功率自动调节
-电源变量低谐波失真
-能够在变速情况下保持较高的能量转换效率，特别是在低风速情况下-高效率
1.2系统工作原理
变流器和带有滑环结构的风力发电机是通过控制转子电路实现风机的变速运行。

三相异步发电机定子绕组通过断路器直接连接到变压器690V电源输出的二次绕组上，转子则通过断路器，半导体熔断器隔离开关和变流器连接到这一点上。

发电机的定子通过逆变器的控制直接与主电源相连，而不需要电流补偿。

转子通过变流器连接到主电源上，变频器应能够根据不同的转速提供给转子电压、频率可变的电源。

变流器能使转差功率在主电源和变流器直流回路中进行输送和回馈的转换。

系统使用主电源滤波器把变频器和主电源隔离开来，确保主电源上粘附的谐波分量被限制后输送到变频器。

变频器应能根据预设的转矩或电机内部性能通过高一级控制器的速度设置来控制电机的转差功率。

变流器应能通过判断电机运行状态来决定转差功率是主电源输送到电机还是转差功率从电机反馈到主电源。

转矩和功率因数ϕ
cos的设定值可以由系统管理层面输送到变流器中。

速度和无功功率控制器被整合为过程控制，同时速度和转矩应作为实际应用值反馈到系统控制中。

如果主电源短路时发电机过流，变频器应能够通过电流检测装置关断变流器从而保护变频器中的半导体器件，转子电流能够通过短路排进行短路，直到励磁电流接近于零。

同时要使发电机从主电源中被分断开来。

图1-1：电路图
图1-1显示了整个系统的工作原理。

它的重要部件是双电源三相异步电动机，起到发电机的作用。

在定子一侧，三相异步电动机通过断路器，同步开关连接到690V主电源上。

在转子一侧，标准脉冲变流器，即IGBT机侧变流器(MPR)根据不同速度调整电压及频率，提供给三相异步电动机。

另一个标准脉冲变流器，网侧变流器(NPR)，能使转差功率在主电源和变流器直流回路中进行输送和回馈的转换。

扼流圈把主电源和变压器隔离开来。

变流器能对机组进行并网与脱网控制，并确保运行过程的安全性和可靠性。

1.3通讯功能
变流器具有CANBUS通讯接口用于控制信号以及实际数值输出。

通过总线协议，可以由上位控制系统控制变频器，需要从控制系统发送到变频器的指令是控制字、转矩/功率给定和无功功率给定。

控制系统也可以远程监视变频器的运行，读取需要的信息，如电机速度、转矩、有功功率、无功功率、电网电压电流、发电机定子和转子电压电流和功率等。

变流器具有RS232或RS485或RS422接口用于变流器参数设定、调试和诊断等功能。

1.4技术参数
-额定容量700/400KV A（转子侧/网侧）
-主电源电压690 V +10%/-10%
-主电源频率50/60HZ +1%/-1%
-在变流器额定功率时的效率>0.97
-网侧额定电流305A
-网侧最大电流510A
-机侧额定电流580A
-机侧最大电流640A
-转矩上升时间10ms
-噪音<82db(A)
-跳闸温度>85℃(散热器温度) -运行温度-25℃～+40℃
-储存温度-30℃～+65℃
-冷却方式强迫风冷
-满功率运行海拔<2000m 海平面以上-保护等级功率部分IP21
控制部分IP54 -尺寸（L/D/H）2600/900/2200mm 1.5系统构成
1.5.1主电源柜+1S3
-断路器
-不接断电源UPS
-主电源滤波器
-40KV A 变压器
-定子接触器
1.5.2控制柜+1S2
-主电源半导体保险丝
-主接触器
-开关和保护设备
-控制单元和I/O模块
-CAN通讯接口
1.5.3与转子相连的功率器件+1S1
-用于MPR和NPR的6脉冲整流桥
-主电抗器
-du/dt滤波器
-一个用于功率模块冷却的风扇
-一个用于滤波器和电抗器冷却的风扇-短路母排
2 变流器调试及面板操作
2.1 调试安全说明
ProWind 变流器运行在高电压环境下，经过培训并有关于变流器和外围设备丰富知识的人员才可以操作变流器。

以下几点在操作设备时应特别注意，否则将造成人身伤亡或设备损坏。

-用户在调试变流器之前必须能熟练使用软件
-变流器带有危险电压并且控制旋转的机械部件，如果不遵守安全说明将造成严重的人身伤亡或设备损坏。

-设备在运行时，超过1000V的危险电压可能造成人身伤亡，所以在操作时应该特别注意。

-变流器运行时，器件动作，风机旋转及设备表面发热，因此一定要把门关好。

-若未经许可进行操作，或使用不当，错误安装或操作，可能会产生事故及严重的人身伤亡和设备损坏。

-如果用示波器测量，示波器的电源必须用与电流器分隔的变压器提供，以防与变流器形成回路，同时其外壳必须与变流器的地直接相连。

-用PC机调试时若PC机是通过RS232接口与变流器相连时，在插头插入前应确保身体与连接器外壳与地是等电位的。

-不正确的参数调节和典型数据可能会使变流器及整个风机驱动系统产生危险，所以在设置参数时应非常小心。

-印制电路板及所有的连接插头，插座插拔时一定要在电源关闭的情况下进行以防损坏变流器部件及人员意外事故。

-风机的许多元器件易受静电影响（ESD）如果在调试及维修时处理不当极易损坏这些器件。

-变流器在连接主电源前应仔细检查，确保通电后对人员和设备没有影响
时方可通电，这一措施应贯彻调试的全过程。

注意：当我们在风机内检查及变流器与风机连接时一定要注意机器电缆是否带电，即使是电源已关闭，风机必须与主电源脱开，应检查所有的工作电缆及电压，方可重新开机。

当我们检查变流器时一定要将变流器与主电源断开，并严防其再启动，一定要记住即使变流器复位后其电源端子及控制端仍是有效的，为使变频器完全停止激励，所有的电压即使是由其它机箱输出的也必须切断。

调试时一定要确保PE及变流器的地的正确连接。

2.2调试前提条件
2.2.1调试配置要求
下面是调试所需的软件和硬件配置：
-PC Pentium Ⅱ或更高级的具有20M RAM及VGA 图象系统
-操作系统：Windows NT、9X 、2000或XP；开放的RS 232串行接口(COM 口)
-连接器设置：包括一个RS422/RS232接口适配器和数据电缆
-PC 操作软件：ALSPA PCS V3.12系统软件
-变流器NPR和MPR参数设置
2.2.2干燥系统
在调试之前，要保证系统的任何一个部分都没有冷凝和湿度达到要求，保证系统干燥，如果需要，可以使用加热装置。

2.2.3调试准备
-断开变电站隔离开关和系统电源——保证所有的安全
-断开UPS
-遵守安全规程，测量电容的剩余电压。

-遵守整个系统的电压图
-变流器带有一个UPS，甚至在变电站断开的情况下都可能传导危险电压。

2.2.4整个系统和线路检查
-在运输过程中变流器可能会损坏，检查元器件的数量和安装是否完好
-检查风机的接地系统
-检查动力电缆的安装
-检查定子动力电缆U，V，W
-检查转子动力电缆K，L，M
-检查转子电缆的屏蔽线有没连接
-断路器线路，检查所有的连接和端子，限制电流是否设置正确？
-检查紧急停止链
-用户接线端子X4：检查编码器电缆路径（远离动力电缆），是否有好的屏蔽，编码器面板上有三个指示灯，分别为H120（A），H220（B），H20（Z），检查这三个指示灯能判断编码器有没接好。

表1-1是变流器与电机编码器的接线表
表1-1 编码器接线表
-检查端子排X9和X9.1上的控制电缆
2.2.5连接电压及通电状态检查
-在连接电源前，用单线电路图1-1，示意电路图和其它变流器文件熟悉风机和变流器的设计。

-合上熔丝隔离开关（操纵杆在变流器控制柜的回转架上）
-合上变电站的隔离开关
-连接690V电压
-将UPS开关置于“ON”或“Normal”模式”
-电源动力电缆L1，L2，L3
-用万用表检查3相电压对地的有效值(U rated=400V)，检查顺时针旋转磁场-控制板-A301和-A311上的指示灯H5（在控制柜的回转架上）必须有规则的闪烁。

如果不是这种情况，说明控制板有故障。

2.3变流器调试步骤
变流器调试的主要目的是变流器与发电机的匹配，变流器调试可以用参数或可视化界面两种方法。

通过RS232接口（在控制板上，包括连接电缆和适配器）与PC相连然后启动ALSPA PCS。

a)驱动设置
驱动设置及所谓的波特率、数据位、奇偶校验位设置，具体操作为选择菜单中的Drive→Driver Settings，会出现界面1，具体设置为Baud rate→19200，Data Bits→8，Parity→Even
界面1
b)选择驱动
选择菜单中的Drive→Select或工具条命令按钮，会出现界面2，再
按Search Next命令按钮寻找相应的网侧和机侧驱动地址，一般先找到的是网侧地址，后找到的是机侧地址。

因网侧参数一般不改变，直接进入机侧。

界面2
c)语言设置
打开参数列表，具体操作为选择菜单中的Parameter→Parameter List，设置参数2067为ENGLISH，重新启动ALSPA PCS软件，参数表语言将变为ENGLISH。

也可以通过界面3完成语言设置
界面3
d)驱动器名称，日期和时间
参数206AH以D-M-Y h：m：s形式表示，该时间必须与系统管理时间同步，这样有助于故障定位。

参数2009H(驱动器名称→变流器序列号)
也可以通过界面4完成参数206AH和2009的设置。

界面4
e)变流器参数检查
参数2211H（变流器额定电压）：690V
参数2219H（变流器额定容量）：690KVA
参数439AH（变流器矢量频率）：6KHZ
参数2221H（变流器额定电流）：580A
这些参数一般不用修改，在设备出厂前已经设定，也可以通过界面5查看到这些参数。

界面5
f)发电机参数
图2-2是电机T型等效电路图，根据T型图可以算出对应变流器中电机参数。

根据发电机绕组接法不同，对应的算法也不同。

详细请参考表2-2
R2'
R1X1X2'
R m
X m
图2-2电机T型等效电路图
表2-2 变流器中电机参数算法根据表2-2算出的值填入相应参数中。

参数4118H（发电机极对数） ppz=2
参数4512H（编码器线号） PPR count=2048
也可以通过界面6输入相关电机参数
界面6
g)并网同步调节过程
首先要保证发电机转速保持在1100-1300rpm，然后进行以下操作：
设置参数3260为“PC”，即选择控制方式为PC。

设置参数3998为“1”，即选择为测试状态。

设置参数31A4为“1”，即可以调节励磁特性曲线。

设置参数3770为“1”，主断路器闭合。

设置参数3110为“1”，主接触器闭合。

设置参数31A8为“1”，因为是在调试状态，并网接触器模拟闭合。

这一切完成之后，可以开始调节幅值及相位
在调试之前，利用示波器功能检查电网侧，转子侧及定子侧的相序是否正确。

选择菜单Diagnostics→Oscilloscope，进入示波器界面。

见界面7
界面7
此示波器有四个模拟量通道（A1～A4）和8个数字量通道（D1～D2）。

双击
CHANNEL DISPLAY ON/OFF按钮，进入通道选择界面，见界面8
界面8
在各个通道的下拉菜单中选择不同的量，就可以监视不同的波形。

一般监测电网电压，定子电压和转子电流就能判断相序是否正确。

示波器的详细操作可看软件的相关说明。

如果相序不对，则停机调节相序。

如果相序正确，则开始进行幅值和相位调节。

（1）幅值调节
调节励磁特性曲线是为了满足变速发电机的要求。

五个参数给定值已经被建立，目的是满足发电机励磁要求。

建立的五个值替代幅值调节。

具体操作过程在
界面9上实现：
在“wUs mag.curve [3115H]”框中输入100%，在“Im char.curve Y1[340AH]”框中建立一个值，使“Output CtrlVs[4F69]”框趋向于0。

在“wUs mag.curve [3115H]”框中输入110%，在“Im char.curve Y1[340BH]”框中建立一个值，使“Output CtrlVs[4F69]”框趋向于0。

在“wUs mag.curve [3115H]”框中输入90%，在“Im char.curve Y1[3409H]”框中建立一个值，使“Output CtrlVs[4F69]”框趋向于0。

在“wUs mag.curve [3115H]”框中输入75%，在“Im char.curve Y1[3408H]”框中建立一个值，使“Output CtrlVs[4F69]”框趋向于0。

在“wUs mag.curve [3115H]”框中输入50%，在“Im char.curve Y1[3407H]”框中建立一个值，使“Output CtrlVs[4F69]”框趋向于0。

（2）相位调节
在“Offs.enc.angle[3225]”框中建立一个值，使“Output CtriPhiVs[5F69H]”框趋向于0。

如果幅值和相位都调节完毕，则并网同步调节过程即完毕。

h、退出并网同步调节过程
设置参数31A8为“0”，定子并网接触器断开。

设置参数3110为“0”，转子接触器断开
设置参数3770为“0”，主断路器断开
设置参数31A4为“0”
设置参数399B为“0”
设置参数3260为“CAN”
把变流器的外部通信全部改为由CAN BUS通信，也就是转矩，功率因数的模拟量信号全部由主控通过CAN发至变流器。

变流器按照主控的命令执行动作。

2.4变流器操作面板上元件介绍
图片1显示了变流器操作面板上的元件，从左到右，从上到下分别为安全链复位按钮，手动偏航按钮，紧急停止按钮。

在风机控制系统中手动偏航按钮未使用，在这不再解释。

图片1：变流器操作元件布局
紧急停止按钮是风机出现危险或紧急情况时，按下紧急停止按钮能立即停止危险的动作或使其失效，从而减轻伤害或避免伤害。

安全链复位按钮是复位安全链，当安全链启动时，为了维持风机的安全状态，会使部分控制信号失效，复位按钮按下会重新闭合安全链。

松开紧停按钮，然后按复位按钮进行安全链的复位，系统才可以重新工作。

3 变流器维护及故障检修
3.1变流器系统维护
3.1.1可视化检查整个系统状态
变流器柜的以下事项必须一年检查两次
-损坏
-变化
-关闭的柜门
-风扇叶轮的噪声
-风扇中的灰尘
-进风口密封
-总体部件检查
-温度继电器和湿度继电器检查
变流器柜周围的环境也必须一年检查两次
-潮湿度和灰尘
-塔筒进风口空气滤波器的功能正常
必须特别注意功率模块的进风窗口，它们应该被检查以防止泄露，否则功率模块的冷却可能不充分从而导致过热而故障。

3.1.2清理系统
系统必须一年清理两次
如果散热器脏了，功率模块必须用压缩空气清理（需得到制造厂商批准），模块必须在风扇开启的情况下清洗。

功率模块前面板上面输出滤波器的滤波保护网罩必须被检查是否脏，如果脏了可以替换。

3.1.3检查电源电路连接
网侧和机侧变流器的螺母连接必须在规定的时间内按照要求的转矩拧紧，运行40000至少要检查一次。

网侧和机侧变流器的端子和插头连接必须在规定的时间内按照要求的转矩拧紧，运行40000至少要检查一次。

3.1.4硬件检查
控制电气板和元器件必须检查以便分析是否要替换。

3.1.5元器件检查
风扇检查
Prowind变流器安装了蜗轮风扇
功率模块：风扇类型DKE315
电抗器、滤波器和电阻的余热：风扇类型GD4 200
风扇安装在功率模块的后面板上
为了保证Prowind变流器的性能，我们提议风扇最多运行40000小时要替换。

断路器
断路器必须根据制造厂家的要求进行维修，至少一年一次。

详细的说明可以从使用手册中找到。

3.1.6更换电路图
更换电路图的同时，系统文件也必须更新。

3.1.7插头连接安装正确，扁平线的安装位置
端子、插头连接和变流器系统内部的扁平电缆的位置必须一年可视化检查一次。

在增加振动负载的情况下这特别重要。

如果安装不正确，必需重新安装。

3.1.8安全功能
-紧急停止电路
-变流器关闭模拟
-通过t<0°C触发信号模拟变流器关闭
-信号转换
3.1.9软件检查
-软件程序
-参数记录检查
-最优化
3.1.10系统最优化
-相位和放大校准
-电网电压分析
-给定值检查
-电网电压和定子电流的偏移量校准
-转子电流检查
3.1.11监控系统的运行
-变量检查
-功率和速度值
3.1.12保存和存档软件文件
-保存数据到软盘/纸
-程序软件版本
-当前的参数
-故障日志
3.1.13断路器的维护
断路器的维护必须按照西门子的操作说明操作。

经过适当培训的专业人员必须对所有金属部件进行常规的检修（每六个月）开关器件（辅助开关和微动开关）的年检为了确保它们能完好接触。

确保开关的运行数据合适（特别是电压和绝缘）
3.2变流器故障检修
3.2.1故障信息的最先存储
ProWind变流器受监视功能保护。

能使变流器立即处于危险状态的事件被存储在事件日志中，通过扩展菜单才可以访问事件日志。

扩展菜单只有输入密码才可以访问。

危及设备的故障显示在故障日志中。

3.2.2故障发生时的操作顺序
一旦故障发生，ProWind变流器将关闭。

只要导致故障发生的原因仍然存在，故障信息就不可能被解除。

一旦导致故障发生的原因消失，输出就会置为“READY”。

故障信息可以使用PLC或通过PC使用ALSPA PC驱动软件解除。

这将抹去最先的存储。

3.2.3事件信息
控制器状态的任何改变（故障、事件、输入）均被详细地记录在事件日志中，并带有事件发生的时间(时、分、秒、毫秒)。

直到最先存储位置的值达到15时，事件才可以写入事件日志中。

除触发事件之外，事件历史记录和可能的顺序故障被存储在事件日志中。

事件日志有32个存储位置，最新的32个日志被存储。

后来发生的事件覆盖日志中最老的事件。

通过ALSPA PC驱动软件可以看到事件日志的内容。

虽然事件发生时并不是总会将变流器切断，但事件日志提供了故障发生时的详细历史资料，同时该日志还记录了事件是否被激励的信息，若是“+”号表示该故障被激励过，若是“–”表示该故障未被激励。

EIN(ON)
来源：机侧变流器（MPR）通过BasicCAN连接。

网侧变流器（NPR）正常连接。

ACK
来源：机侧变流器（MPR）通过BasicCAN复位。

网侧变流器（NPR）已经复位。

DISABLE
故障发生导致脉冲禁止信号触发
External fault active
外部故障链被触发
Phase failure
主电源相位缺失。

检查主电源电缆和保险丝。

Mains failure
主电源故障。

高级保护设备已经触发或电源电压降到额定电压的80%以下已经超过50ms。

Heatsink overtemperature：
原因：监视散热器温度的NTC报告一超温信号，低于超温信号5°C时故障被触发，并且被写入信息日志中。

补救措施：检查风扇的运行。

检查风扇和NTC的接线及环境温度。

Wire break warning
给定值不能正常传输
DC link undervoltage
直流母线电压降到了最小值以下，阻止变流器运行。

设备在没有故障触发的情况下关闭，也就是故障记录中没有记录并且不需要复位。

Earth fault
网侧变流器的硬件布局发生接地故障。

EIN(ON)
ON信号已经改变。

STOP
所选择的信号源的停止信号已经改变
CB ON：
CB ON信号已经改变。

Overvoltage
过电压信号已经改变
ACK：
ACK信号已经改变
Mains pulse inverter operation
网侧变流器正常运行
Mains pulse inverter fault
网侧变流器发生故障，检查网侧变流器故障日志。

Automatic
选择了自动模式
Quick stop
紧急停止功能已经被激发。

DISABLE
故障发生导致脉冲禁止信号触发
External fault
外部故障链被触发
Outside speed range
发电机转速低于最低转速（999转/分）或超过最高转速（2000转/分）Phase failure
主电源的相缺失，检查主电源电缆和保险丝
Mains failure：
主电源故障。

高级保护设备已经触发或电源电压降到额定电压的80%以下已经超过50ms。

Heatsink overtemperature
原因：监视散热器温度的NTC报告一超温信号，低于超温信号5℃时故障被触发，并且被写入信息日志中。

补救措施：检查风扇的运行。

检查风扇和NTC的接线及环境温度。

DC link undervoltage：
直流母线电压降到了最小值以下，阻止变流器运行。

设备在没有故障触发的情况下关闭，也就是故障记录中没有记录并且不需要复位。

CB OK
在D输入1的情况，CB OK已经改变。

CB tripped
在D输入3的情况，CB触发已经改变。

Failure of track A/ Failure of track B/ Failure of track N
增量型编码器的一条通道失效，紧告产生。

如果两个通道失效，故障关闭信号产生，因为只要电机的旋转方向不变，编码器接口能补偿一条通道的失效。

Wire break
给定值不能正常传输
Earth fault
机侧变流器的硬件布局发生接地故障。

3.2.4故障信息
故障总是关闭变流器系统。

脉冲禁止信号一产生，主接触器将断开。

一旦故障解除，复位后设备才可以重新启动。

在故障日志中，每一次故障都被记录下来，并带有当时的具体时间（时，分，秒，毫秒）最多只有32个故障可以保存在故障日志中。

随后发生的故障覆盖故障日志中最老的故障。

a、网侧变流器（NPR）故障信息
b、机侧变流器（MPR）故障信息。