金风变流系统(水冷)

从框图上可以看到这里采用的是直接转
子磁场定向控制。
首先根据检测得到的转子磁场的旋转速 度，积分得到转子磁场位置角θr。根据这 个位置角θr，对检测得到的发电机定子电 流进行三相静止坐标系到两相同步旋转坐 标系的变换，得到转矩电流分量iq和励磁电 流分量id。这两个量作为电流闭环控制的反 馈量。
转矩电流的参考给定有两个来源：
（1）由转速参考给定与检测得到的转 子速度进行比较，然后经过PI调节器 得到转矩电流给定。 （2）根据转矩给定直接得到转矩电流 给定。
励磁电流的参考给定则比较复杂。首 先根据直流母线电压推算出对应的定子最 大端电压，将这个电压和前馈电压值比较， 将其中较小者作为机端电压最大值。再将 这个结果和电压给定进行比较，再经过磁 场控制器得到励磁电流给定。
当直流母线上输入有功功率增加到 大于通过网侧模块输送到电网上的有 功时，将导致直流母线电压上升；而 当直流输入有功功率下降到小于输送 到电网的有功时，直流母线电压会下 降。
也就是说，直流母线电压的变化直 接反应了发电机发出的功率的变化。 网侧功率模块通过监测直流母线电压 的波动，就可以得到输出有功电流的 大小。
网侧功率模块控制原理框图
从图中可以看到，网侧功率模块控制对 象有电网电压和直流母线电压。这两个控 制对象本质上分别代表网侧无功功率和有 功功率。
一般来说，当网侧电压上升时，需要网 侧模块提供感性无功；而当网侧电压下降 时则需要提供容性无功。
其中电网电压为可选项，实际系统中并没 有这个功能，而以WTC给出的无功功率指令代 替。根据这个无功指令，考虑到电网电压波动 有限，则可以直接得到这个无功对应的无功电 流，如下式所示：
三、Verteco变流系统主拓扑结构
该变流器采用了可控整流的方式把发电机发出的 电整流为直流电，通过网侧逆变模块把直流电变成工 频交流电并入电网。其控制方式为分布式控制，这种 方式和它的主电路拓扑结构相对应。
网侧和发电机侧各有独立的控制器，以网侧控制 器为主控制器，其它控制器为子控制器。
Verteco变流器系统原理图
4U1
变流柜中采用的功率模块都是VACON公司生产 的通用变频器。这里所说的控制器也是VACON公司 为变频器所配的控制器。这些控制器和功率模块一一 对应，相互之间通过光纤/CAN总线互连。
从硬件上看，这些控制器的基本配置一致，从 控制角度看，1U1 的控制器是变流器主要的控制核 心，通过它变流器完成和WTC之间的信息和命令交 互，同时完成对其他控制器的操作。
永磁同步
发电机
功补电容
二极管整流
升压斩波
制动单元

逆变
滤波电容
网侧主开关
风机箱变 0.62/10kV
二、Freqcon变流系统工作原理及工作过程
发电机发出的交流电，此交流电的电压 和频率都很不稳定，随叶轮转速变化而变化； 经过整流单元整流，变换成直流电，再经过 斩波升压，使电压升高到正负600V，送到直 流母排上；再通过逆变单元，把直流电逆变 成能够和电网相匹配的形式送入电网。
I dref
Q Us
式中Idref为无功电流，Q为无功给定，Us 为电网电压。
根据电网电压也可以产生无功输出给定， 但在目前的系统中并没有实现这一功能。
有功功率是由发电机提供的，发电机发 出的有功功率通过发电机侧功率模块转化 为直流有功输送到直流母线上。
而网侧功率模块则将直流母线上的有功 转换为交流有功输送到电网上。
2.1 控制和通讯信号 （a）主控到变流的DP信号 （b）变流到主控的DP信号 （c）硬件控制线的控制信号
2.1.1 主控到变流的DP信号
① 主控制字：CW，用于控制变流系 统的启动和停止；
② 转矩参考值：REF1，为发电机侧 变流器提供参考转矩；
③ 无功功率参考值：PD1，为网侧变 流器提供无功功率参考值。
图中可以看到，网侧功率模块为1U1，而发 电机侧有两个功率模块：2U1 和3U1。这是 和发电机两套绕组相的结构相对应的。 图中 的4U1 为用于制动的功率模块。以前的变流 系统采用两个功率模块的原因是单个模块的 电流容量有限，在最新的系统中，这两个模 块已经被一个大容量模块所代替。
这里，网侧变流器的作用是将发电机发出的 能量转换为电网能够接受的形式并传送到电网上。
而发电机侧功率模块则是将发电机发出的电 能转换为直流有功传送到直流母线上。
制动功率模块则是在当某种原因使得直流母 线上的能量无法正常向电网传递时将多余的能量 在电阻上通过发热消耗掉，以避免直流母线电压 过高造成器件的损坏。
四、Verteco变流系统控制框图 1U1 1U1
2U1
3U1
4U1
2U1
3U1
需要解释以下几点：
1、在闭合主断路器之前，需要给直流 母排进行预充电，因为直流母排上带有大 容量电容器，若不预充电，则在闭合主断 路器时会对系统造成很大的电流冲击。
2、放电电路是在停机后用来给直流母 排放电的，其实就是给连在直流母排上的 电容器泄放电荷。
3、当直流母线上的电压过高时， 制动单元工作，释放直流母线上过多 的能量，维持母线电压。
变流系统培训
一、Freqcon变流系统硬件结构框图
1.5 兆瓦直 驱发电机
整流单元
斩波升压
逆变单元
主断路器
电机电容
制动单元 支撑 电容
充电电路 滤波 电容 放电电路
变流控制器
Freqcon变流系统的原理图
电机侧主开关
斩波电抗器 整流支撑电容
前通二极管
逆变IGBT 续流二极管 1200VDC
斩波IGBT DC-Link
六、电机侧控制原理
发电机侧功率模块控制原理框图
从图中可以看到这里只给出了一套 绕组对应的功率模块的控制框图。这 是由于两套绕组在控制原理上是一致 的，只是在控制的相位上有一定偏差， 所以这里只需要给出一套绕组对应的 功率模块控制框图。
另外，图中光电码盘在实际系统中
是不存在的，实际上采用的是无速度 矢量控制原理。通过这一控制方式， 可以得到转子转速，从而得到转子磁 场位置角θr。通过VACON公司的核心 算法，可以从电机电枢电流及电机参 数推导得到转子磁场的旋转速度。
⑦ 线电流：PD5，测得的线电流； ⑧ 故障字：PD6，被轮流发送的故障代码； ⑨ 温度字：PD7，被轮流发送的不同温度值。
2.1.3 变流和主控连接的10芯控制线的 控制信号 ① 变流系统准备启动； ② 变流系统故障； ③ 变流系统急停； ④ 变流系统急停复位； ⑤ 变流系统启动使能；
谢 谢! Thank you!
七、Verteco变流系统和主控的联系
1、主电缆 （1）变流系统电源电缆， 400VAC，5х6mm2； （2）变流系统UPS电源电缆， 230VAC 3х2.5mm2； （3）电流互感器电缆， 400VAC 4х2.5mm2。
2、控制和通信电缆 （1）Profibus DP通信电缆，485 （2）控制线，24VDC 10x1mm2。
2.1.2 变流到主控的DP信号 ① 主状态字：SW，网侧和发电机 侧变 流器的主状态字； ② 转矩：ACT，以百分比的形式提 供发电机实际转矩； ③ 转速：PD1，发电机实际转速； ④ 主电压：PD2，输入电压；
⑤ 有功功率：PD3，网侧变流器有功功率； ⑥ 无功功率：PD4，来自网侧变流器的无功 功率；
注意，这里虽然用PI调节器的符号表示 磁场控制器，但实际上与一般的PI调节器是 有一定区别的。
在得到励磁电流/转矩电流的给定和反 馈之后，通过电流调节器可以得到转矩电 压/励磁电压的参考给定值Udref/Uqref。
再根据转子磁场位置角θr，对这两个给 定进行两相同步旋转坐标系到三相静止坐 标系的变换，得到发电机机端三相电压的 给定。根据这三相给定，PWM模块给出功 率器件的驱动脉冲。
可以看到，1U1 和2U1 及3U1之间通 过光纤和CAN总线连接，而4U1与其他控 制器的连接通过CAN总线实现，这是因为 1U1/2U1/3U1之间需要高速通讯以满足系 统正常运行所需，而制动功率模块的相应 时间可以慢一些。
五、网侧控制原理
网侧功率单元的作用是将直流母线上的 直流有功功率转换为50Hz交流有功功率传 送到电网上。其控制对象为直流母线电压。 其控制原理框图为：