WinVert1500P A变流器用户使用说明书常州新誉.docx
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WinVert1500PA变流器用户使用说明书常州新誉
编号：
CPCQ019-SM-03
共32页第1页
FD77-1500-III
风力发电机组
变流器使用手册
资料来源
编制
谢歆
2009.12.31
校对
提出部门
标准化
审核
常州轨道车辆牵引传动工程技术研究中心
批准
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1.简介：
2
2.产品说明：
2
3.产品原理及其技术指标：
4
4.系统构成：
6
5.电气连线及其外形尺寸：
8
6.调试：
16
7.变流器维护说明24
8.售后服务说明26
1.简介：
1.1导言
常州轨道车辆牵引研究中心为了满足用户和运营商对于兆瓦甚至更高级别的风力发电系统控制的特殊要求，特此开发1.5MW双馈风电机组并网变流器。
该变流器主要应用于1.5MW双馈风电机组，采用电压型“背靠背”双PWM整流器，以SKiiPIGBT功率模块构成功率单元，以DSPTM320F28335为核心构成控制系统，是用于控制和连接大功率风机的发电装置。
变流器和带滑环结构的双馈异步风力发电机协调工作，能够达到以下要求：
1、无功率突变，具有容性和感性无功功率连续调节功能；
2、网侧电流谐波含量应符合相关国家标准规定；
3、并网变流器具有较高的转换效率，并能够在变速（特别是低风速）情况下保持较高的能量转换效率；
4、具有低电压穿越功能，并可以有效抵御电网变化可能对风电机组产生的影响；
5、高性价比，维护和维修简便。
1.2产品设计思想
（1）实现CONVERTEAM变流器的功能和设计思想，做到外形尺寸和接口完全兼容，便于替换；
（2）采用己有的成熟技术和我国能采购到的元器件；
（3）按照风电场实际需要和产业化生产的要求来设计。
2.产品说明：
2.1产品简介
本1.5MW双馈风电机组并网变流器由SKiiPIGBT功率模块、中间直流电容、吸收电容、电网侧滤波电感、电机侧du/dt电感等组成功率单元，同时辅以40KVA变压器、开关电源、主断路器、定子接触器、主接触器、继电器、冷却风扇以及传感器等设备组成变流器整体硬件结构，具有功能完备、操作方便、易于整机配套等优点。
图2-1双馈风电机组系统图
本产品控制系统基于TM320F28335DSP微处理器平台搭建，控制方法采用目前较成熟的电机侧定子电压定向矢量控制和电网侧空间电压矢量控制，可靠性高，电网侧电流谐波含量低等特点。
本产品具有功能完善的硬件和软件保护功能，具有过电流保护、直流环节过电压保护、功率器件过热保护、发电机超速保护、功率器件故障硬件保护、Crowbar保护、通信故障保护、相序错误保护、浪涌过电压保护等功能。
2.2产品性能特点
（1）采用大功率IGBT智能功率模块，可靠性高
（2）可实现四象限运行和双馈发电机组变速恒频控制，并网功率因数可调
（3）新一代高速浮点DSP处理器，运算能力更强，控制性能更优
（4）完善的保护和显示功能
（5）模块化设计，安装维护方便快捷
（6）适应严酷的风场工作及运输条件
3.产品原理及其技术指标：
3.1系统工作原理
双馈风电机组主要由双馈风力发电机和双馈并网变流器组成，系统原理如图3-1所示。
双馈风力发电机的三相定子绕组通过断路器直接连接到变压器二次侧690V绕组上，而双馈风力发电机的转子绕组则通过双馈式并网变流器与变压器二次侧690V绕组相连。
双馈式并网变流器采用双PWM变流器“背靠背”结构。
其中，直接与双馈风力发电机转子相连的称为电机侧变流器（MPI，Machine-sidePWMInverter），而另一个通过断路器与变压器二次侧绕组相连的称为电网侧变流器（GPI，Grid-sidePWMInverter）,两者共用同一个中间直流环节。
图3-1双馈变流器系统原理图
根据风电机组主控系统设定的发电机转矩和转速等指令，结合发电机的特性，MPI通过对发电机转子电压和频率的调节，控制发电机转子的转差功率，从而使双馈发电机运行在所需的状态。
在MPI的控制下，双馈发电机可以工作在次同步、同步或超同步状态，而在不同的工况下，转差功率的流向是不同的：
在次同步状态下，功率由MPI流向发电机转子；反之在超同步状态下，功率由发电机转子流向MPI，而转差功率的大小则取决于发电机的转差和定子绕组输出功率。
发电机转子的转差功率由MPI提供，其中的有功功率部分通过中间直流环节和GPI，由电网提供或被输送到电网。
GPI与电网之间设置有滤波器，用以抑制GPI交流侧电流谐波，改善双馈风电机组并网电能的质量。
MPI与发电机转子间串接的滤波器，可以降低MPI交流侧电压脉冲的du/dt，提高发电机的可靠性和寿命。
在电网出现短路或电压跌落的情况下，双馈发电机和并网变流器都可能会因过大的故障电流或电压而损坏。
为此，WinVert1500P-A型双馈并网变流器设置了有源Crowbar装置，通过短路发电机转子的方法抑制过电流和过电压的产生，在保护发电机和并网变流器安全的前提下，尽量维持风力发电机组的并网运行，防止电网故障情况下，因风电机组解列对电网造成的影响（也就是所谓的低电压穿越功能，LVRT，LowVoltageRideThrough）。
风电机组的工作可以分为同步和并网运行两种模式。
在同步模式下，并网变
流器控制系统以电网电压为参考，通过电机侧变流器的控制，在发电机定子投入电网前调整发电机的定子电压逐渐与电网电压同步。
一旦定子并入电网，双馈风电机组立即从同步模式转换成并网运行模式，并按照指令控制发电机的转矩和功率。
并网变流器的运行控制指令来自于风电机组的主控系统，包括：
发电机转矩、和并网功率因数，并将发电机转速和发电功率反馈给风机主控系统。
3.2技术指标
3.2.1主电路
主电路由电网侧变流器和电机侧变流器以“背靠背”的形式构成。
中间直流电压：
1100V
直流电压纹波系数：
≤5％
机组并网功率因数：
容性0.95～感性0.95连续可调
绝缘等级：
2500V/AC50Hz/1min
3.2.2网侧变流器
额定容量：
420kVA
电网电压波动范围：
690V±10%
电网频率变化范围：
47.5～51.5Hz
电网电压不对称度：
≤2%
额定电流：
350A
最大电流：
510A
电流谐波畸变率（THD）：
<5%
3.2.3电机侧变流器
额定容量：
650kVA
电压变化范围：
0～770V
工作频率范围：
0～20Hz
额定电流：
580A
最大电流640A
3.2.4其他技术参数
变流器效率：
≥97%（额定功率）
过载能力：
120%功率过载≥1min
噪声：
≤82dB（1m之外）
工作环境温度：
-20℃～+40℃
贮存环境温度：
-25℃～+55℃
相对湿度：
≤90%
冷却方式：
强迫风冷
海拔高度：
≤1000m（超过1000m时需降额使用）
防护等级：
IP21（功率部分）/IP54（控制部分）
外形尺寸（W/D/H）:
2600/910/2362mm
4.系统构成：
4.1电源柜（EC柜）
-主断路器Q2
-定子接触器K1
-不间断电源UPSG1
-主滤波器角接电容C71/C72/C73
-40kVA变压器T6
-开关和保护设备
-电气柜散热风扇M2
-主电源柜柜外电器插座X11/X12
4.2控制柜（CC柜）
-主电源熔断器F21/F22/F23
-主接触器K4
-预充电电阻及预充电之路接触器R7/R8/R9K12
-开关和保护设备
-开关电源G2
-加热器E1/E2
-并网变流器控制系统
-网关GATEWAY
-操作/服务软件配套通讯接口
4.3功率柜（PC柜）
-GPI和MPI的6个IGBT功率组件B1/B2/B3B4/B5/B6
-GPI的滤波电感L1
-MPI的du/dt电抗器L3
-共模磁环L2
-功率组件风扇M1
-电抗器散热风扇M3
-用于实现低电压穿越功能的有源Crowbar装置TR1/TR2/TR3
4.4元器件布置图
不间断电源UPSG1
加热器E1/E2
控制板
接线端子
低压电器
GPI功率组件
B1/B2/B3
MPI功率组件
B4/B5/B6
共模磁环L2
有源Crowbar装置TR1/TR2/TR3
du/dt电抗器L2
GPI的滤波电感L1
40KVA变压器T6
定子接触器K1
主断路器Q2
主滤波器角接电容C71/C72/C73
接线端子
低压电器
熔断器
_________________________________________________________________________________________________________ECCC5/B6R3化生产的要求来设计；__________________________________________________________________________________________________________
ECCCPC
5.电气连线及其外形尺寸：
5.1电气连线
5.1.1主电路连线
1.[EC]电网铜排（L1、L2、L3）接电网三相（A、B、C）
2.[EC]定子铜排（U、V、W）接发电机定子（U、V、W）
3.[PC]转子铜排（K、L、M）接发电机转子（X、Y、Z）
4.接地PE线
接线时，通过进出线口或地下走线槽（变流柜底部），将交流输出端与现场配电装置连接，发电机定子三相接定子接触器，转子三相接du/dt滤波器。
主电路接线示意图：
5.1.2发电机编码器连线
名称
编码器接线头
变流器端线号
[EC]X4端子排
5
1
1
6
2
2
8
3
3
1
4
4
3
5
5
4
6
6
12
7
7
10
8
8
5.1.3变流器与塔桶柜主控系统之间的连线
变流器
塔桶柜/主控
描述
[CC]X8-12
X1.1
690VAC/3.6A
[CC]X8-13
X1.2
[CC]X8-14
X1.3
[CC]X8-15PE
X1.4
[EC]X8-16
X2.1
400VAC/11A
TOWERSOCKET400V
[EC]X8-17
X2.2
[EC]X8-18
X2.3
[EC]X8-19N
X2.4
[EC]X9-10
X9.1
24VDC变流器24VDC
[EC]X9-8
X9.2
主控断开变流器主断路器
[EC]X9-10
X9.3
24VDC变流器24VDC
[EC]X9-14
X9.4
主控复位变流器主断路器
[EC]X9-1
X9.5
C24VDC主控DC24V
[EC]X9-4
X9.6
C0VDC主控DC24地
[EC]X9-6
X9.7
变流器紧急停机反馈
[EC]X9-40
X9.8
变流器主断状态反馈
0=断路器闭合
[EC]X9-25
X9.10
变流器复位，复位按钮
[EC]X9-19
X9.11
变流器正在加热
[EC]X9-28
X9.12
防雷反馈触点1
[EC]X9-29
X9.13
防雷反馈触点2
[EC]X9-2
X4.3
变流器紧急停机开关触点1
[EC]X9-3
X4.4
变流器紧急停机开关触点2
[EC]X9.2-1
X6.1
电流互感器电网L1
[EC]X9.2-2
X6.2
电流互感器电网L1
[EC]X9.2-3
X6.3
电流互感器电网L2
[EC]X9.2-4
X6.4
电流互感器电网L2
[EC]X9.2-5
X6.5
电流互感器电网L3
[EC]X9.2-6
X6.6
电流互感器电网L3
[CC]9芯D-SUB公头
X4.1
CAN-L
X4.2
CAN_H
X4.3
CAN_GND
X4.4
CAN_SH
5.1.4变流器与机舱柜之间的连线
变流器
机舱柜
描述
[EC]X8-21
X1-1
690VAC/11A
[EC]X8-22
X1-2
[EC]X8-23
X1-3
[EC]X8-24PE
X1-4
[EC]X8-4
X2-1
400VAC/58A
[EC]X8-5
X2-2
[EC]X8-6
X2-3
[EC]X8-7N
X2-4
5.2外形尺寸
1.5MW双馈变流器柜体高度2362mm宽度2600mm深度600mm,最大深度910mm。
防护等级：
IP21（功率部分）/IP54（控制部分）。
底托是黑色槽钢，可以根据客户要求或现场使用状况选配脚轮或支脚，上方配有吊环以便于吊装。
图5-1从左至右分别为电源柜（EC）、控制柜（CC）、功率柜（PC），通风方式采用强迫风冷，空气由柜体正面的通风窗口进入，由柜体背部的冷却风扇排出，另外其下方底板也有进风口。
电源柜（EC）
功率柜（PC）
控制柜（CC）
图5-1总装图
图5-2俯视图
图5-3正面图
1——控制柜
2——功率柜
3——电源柜
4——槽钢底座焊装
5——吊装角钢
图5-4侧面图
5.3电源柜（EC）门板器件说明
图5-5EC柜门板器件
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。
复位按钮的作用是复位安全链，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。
松开紧急停止按钮，然后按下复位按钮进行安全链的复位，变流器才可以重新开始工作。
运行指示灯表示定子接触器已成功闭合，双馈电机和变流器处于正常发电状态。
6.调试：
在进行变流器调试之前，必须详细阅读此调试手册检查变流器同风机系统之间的连线电缆是否正确，在连接正确的情况下方能进行变流器的调试。
6.1调试原理
1.5MW双馈变流器的调试方案符合风机模拟试验平台和风机现场调试的要
求。
基于RS485通讯的操作器和基于Anybus网关的CANOpen通讯可以同时工作。
现场调试人员将通过操作器手动设定以及示波器等辅助仪器完成变流器相序检测、发电机编码器初始位置角度检测、发电机励磁参数的校正等项目，最终将操作器手动控制切换到主控CAN通讯模式，由风机主控系统控制变流器工作，完成启动、并网、发电和停机等工作。
操作器具备故障诊断功能，可随时查询最新发生的4个故障类型及相关故障信息。
调试所需辅助仪器包括数字示波器、普通探头，以及万用表、螺丝刀等必要工具，如表6-1。
设备名称
数量
主要参数
备注
操作器及其RS485连接线和5V开关电源
1套
数字示波器
1台
四通道
配2个普通探头
万用表
1个
量程AC/DC0-1000V
扳手螺丝刀
1套
安装调试使用
调试电脑及仿真器
1套
表6-1调试辅助仪器
6.2调试前准备
6.2.1调试前的检查
—断开与变流器连接的所有供电系统——保证安全
—关闭变流器内部的UPS
—遵守安全规程，测量电容的剩余电压
—变流器停机5分钟之后允许更改硬件连线或打开柜体操作，符合安全规程。
6.2.2干燥系统的检查
—在调试之前，要求保证系统的每一个部分没有冷凝水，保证系统干燥，如果需要，可以使用加热装置。
6.2.3整个系统和线路的检查
—在运输中有可能造成变流器部件的损坏或连接件的松动，调试前应该仔细检查变流器各元器件外观、内部线缆以及屏蔽线缆连接是否完好，固定螺栓有无松动，确保变流器硬件设备的安全可靠。
—检查变流器的接地连线
—检查变流器与电网和双馈发电机的连线
—检查变流器与编码器的连线
—检查变流器与塔桶柜主控系统之间的连线
—检查变流器与机舱柜之间的连线
—检查接线端子X4（编码器和电缆路径）是否有完好屏蔽
6.2.4变流器低压电器检查
检查变流器所有低压电器保护开关是否处于正确状态，保护整定阈值是否合适。
名称
功能
工作状态
保护整定值
[EC]Q6
变压器保护开关
闭合
35A
[EC]Q7
给机舱柜供电AC690V
闭合
11A
[EC]Q8
外供AC690V，未用
断开
--
[EC]Q9
给塔桶柜和机舱柜供电AC400V
闭合
58A
[EC]Q10
给塔桶柜供电AC400V
闭合
11A
[EC]Q13
UPS保护开关
闭合
6A
[CC]Q3
主断路器前V-LEM保护开关
闭合
0.1A
[CC]Q11
定子接触器前V-LEM保护开关
闭合
0.1A
[CC]Q12
定子接触器后V-LEM保护开关
闭合
0.1A
[CC]Q14
给塔桶柜供电AC690V
闭合
3.6A
[CC]Q16
功率组件散热风机保护开关
闭合
4.6A
[CC]Q17
两个柜体散热风机保护开关
闭合
1.3A
6.2.4开启变流器UPS：
位于[EC]电气内部上方的UPS给变流器控制电路供电，AC690V接入变流器后，将UPS开启。
6.2.5断开急停开关,闭合钥匙开关:
将[EC]电源柜正面的红色急停开关（向上拔出）,并将[EC]电源柜内主断路器右下方的钥匙开关旋置运行位置（向逆时针方向旋拧）。
6.3调试步骤
6.3.1变流器相序检测
检测变流器与电网、发电机定子和转子连接电缆相序的正确性。
调试步骤：
（1）校正相序前，调整变流器为操作器手动控制模式（数据设定工作模式CAN通讯使能=0），并将定子接触器控制方式更改为手动（数据设定工作模式定子并网使能=0）；
（2）电网相序检测：
主电路AC690V连接到变流器输入端（L1、L2、L3），启动变流器控制系统后将自动完成电网相序和故障检测，如果电网相序错误，将报告“电网相序故障”信息，需要主电路断电后更改电网输入端相序；
（3）发电机转子相序检测：
1）当风机启动并使发电机转速稳定在1130r/min左右时，通过操作器指
令启动变流器直至电机侧开始给转子施加交流励磁（数据设定制造商用主断路器控制=1/系统启停控制=1），观测定子侧感应电压Us的频率fs，如果fs=50Hz，则转子相序正确，如果fs=30Hz，则转子相序错误；
2）如果发现转子相序错误，应由操作器指令使变流器停机（数据设定
制造商用主断路器控制=0/系统启停控制=0），主断路器断开，待中间直流电压Vdc降为0后，更改变流器转子输出相序（K、L、M分别与发电机转子侧的X、Y、Z对应）；
（4）发电机定子相序检测：
1）当风机启动并使发电机转速稳定在1130r/min左右时，通过操作器指
令启动变流器直至电机侧开始给转子施加交流励磁（数据设定制造商用主断路器控制=1/系统启停控制=1），观测定子侧感应线电压Usab的相位θsab和Usbc的相位θsbc，如果θsab超前θsbc相位120度，则定子相序正确，如果θsab滞后θsbc相位120度，则定子相序错误（可与转子相序检测同时考察）；
2）如果发现定子相序错误，应由操作器指令使变流器停机（数据设定
制造商用主断路器控制=0/系统启停控制=0），主断路器断开，待中间直流电压Vdc降为0后，更改变流器定子输出相序（U、V、W分别与发电机定子侧的U、V、W对应）。
6.3.2发电机编码器初始位置角度和励磁参数校正
检测双馈发电机转子编码器安装的初始位置，校准电机励磁参数。
调试步骤：
（1）调整变流器为操作器手动控制模式（数据设定工作模式CAN通讯使能=0），并将定子接触器控制方式更改为手动（数据设定工作模式定子并网使能=0）；
（2）当风机启动并使发电机转速稳定在1130r/min左右时，通过操作器指令启动变流器直至电机侧开始给转子施加交流励磁（数据设定制造商用主断路器控制=1/系统启停控制=1），观察发电机定子侧感应电压和电网电压的相位（示波器测量控制板网压测试端子），通过操作器设定编码器初始位置角度，调整参数直至定子感应电压和电网电压相位相等；
（3）在发电机运行在1130r/min左右时，变流器将给转子施加不同的交流励磁，定子感应电压Us分别为额定网压AC690V的50%、75、90%、100%、110%、115%变化，励磁参数将为记录作为正常运行时转子励磁的校正值。
说明：
针对常牵1.5MW双馈发电机而言，校正励磁参数的工作可以省略。
因为校正励磁参数所需时间较长，而同款发电机的参数十分相近，采用常牵试验的励磁参数校正曲线即可满足要求。
如果现场发电机参数与常牵试验发电机相差较大，必须按照第5.3项完成励磁参数的校正。
6.3.3变流器控制模式调整，结束调试任务
结束调试工作，实现变流器在主控指令下运行。
调试步骤：
1.调整变流器为CAN通讯控制模式（数据设定工作模式CAN通讯使
能=1），并将定子接触器控制方式更改为自动（数据设定工作模式定子并网使能=1）；
2.变流器将在主控系统的控制下运行，调试工作完成。
6.3.4变流器故障诊断
变流器提供了方便工作人员察看变流器历史故障的功能。
察看操作器，打开
“报警原因”子目录便可显示最新发生的4个故障信息，每个故障信息包括故障名称、类型和发生的时间；打开“报警信息”还可以察看最新一次报警故障时变流器的关键参数和测量值，方便工作人员诊断故障发生起因。
6.3.4变流器系统时序图
1、系统时序图——正常起停
2、系统时序图——严重故障
3、系统时序图——一般故障
6.3.5调试安全说明
1、变流器带有危险高压或者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。
2、设备在运行时，设备具有超过1000V的危险电压，可能造成人身伤亡，
在操作的过程中应特别注意。
3、变流器运行时，器件动作，风机旋转，设备可能发热以及其他一些情况
可能出现，因此运行前一定要把门关好。
4、如果用示波器测量，示波器的电源必须使用与变流器隔离的变压器提供，
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。
5、不正确的参数调节和典型数据可能会使变流器以及整个风机驱动系统产
生危险，所以在设置参数时应严格按照操作手册进行调整。
6、印刷电路板及所有连接插头、插座插拔时一定要在电源关闭的情况下进
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