2MW双馈风冷变流器-原理与结构
第七章双馈风力发电机工作原理完整
第七幸双馈风力发电机工作原理完整第七章双馈风力发电机工作原理我们通常所讲的双馈异步发电机实质上是一种绕线式转子电机，由于其定、转子都能向电网馈电，故简称双馈电机。
双馈电机虽然属于异步机的范畴，但是由于其具有独立的励離绕组，可以象同步电机一样施加励離，调节功率因数，所以又称为交流励嫌电机，也有称为异步化同步电机。
同步电机由于是直流励磁，其可调量只有一个电流的幅值，所以同步电机一般只能对无功功率进行调节。
交流励磁电机的可调量有三个：一是可调节的励嫌电流幅值；二是可改变励磁频率；三是可改变相位。
这说明交流励礦电机比同步电机多了两个可调量。
通过改变励磁频率，可改变发电机的转速，达到调速的目的。
这样，在负荷究变时，可通过快速控制励嫌频率来改变电机转速，充分利用转子的动能，释放或吸收负荷，对电网扰动远比常规电机小。
改变转子励磁的相位吋，由转子电流产生的转子磁场在气隙空间的位置上有一个位移，这就改变了发电机电势与电网电压相量的相对位移，也就改变了电机的功率角。
这说明电机的功率角也可以进行调节。
所以交流励嫌不仅可调节无功功率，还可以调节有功功率。
交流励磁电机之所以有这么多优点，是因为它采用的是可变的交流励磁电流。
但是，实现可变交流励磁电流的控制是比较困难的，本章的主要内容讲述一种总于定子磁链定向的矢量控制策略，该控制策略可以实现机组的变速恒频发电而且可以实现有功无功的独立解耦控制，当前的主流双馈风力发电机组均是采用此种控制策略。
一、双馈电机的基本工作原理设双馈电机的定转子绕组均为对称绕组，电机的极对数为"，根据旋转礁场理论，当定子对称三相绕组施以对称三相电压，有对称三相电流流过时，会在电机的气隙中形成一个旋转的黴场，这个旋转離场的转速①称为同步转速，它与电网频率第七幸双馈风力发电机工作原理完整及电机的极对数〃的关系如下:(3-1) P同样在转子三相对称绕组上通入频率为人的三相对称电流，所产生璇转嫌场相对于转子本身的旋转速度为：(3-2) 由式3・2可知，改变频率九，即可改变心，而且若改变通入转子三相电流的相序，还可以改变此转子旋转礁场的转向。
双馈变流器工作原理
双馈变流器工作原理双馈变流器（Double-Fed Induction Generator，DFIG）是一种常用于风力发电系统中的变流器，它的工作原理是利用电力电子技术将风能转化为电能，并将其送入电网中供应给用户使用。
双馈变流器相比其他变流器具有更高的效率和更好的控制性能，因此在风力发电领域得到了广泛应用。
双馈变流器由两部分组成：一部分是风力发电机组，另一部分是变流器。
风力发电机组通常由风轮、发电机和装有电磁铁的转子组成。
当风轮受到风力作用时，会转动，带动发电机产生电能。
而转子上的电磁铁则可以通过改变其磁场强度来调节发电机的输出电压和频率。
在传统的风力发电系统中，发电机的输出直接通过变频器转换为交流电并输入电网。
然而，这种方式存在一些问题，比如变频器的容量较大，成本较高，同时对系统的稳定性和可靠性要求较高。
为了解决这些问题，双馈变流器应运而生。
双馈变流器的工作原理是将发电机的转子绕组分成两部分：一部分连接到固定的电网，另一部分通过变流器连接到电网。
这样，发电机的输出电流可以分成两部分：一部分通过固定的电网回馈给发电机，另一部分通过变流器送入电网。
这种方式可以减小变流器的容量，降低成本，同时提高系统的稳定性和可靠性。
具体来说，双馈变流器通过改变发电机转子上电磁铁的磁场强度来调节发电机的输出电压和频率。
当风轮转动时，发电机产生的电能通过变流器送入电网。
同时，电网也会向发电机输送电能。
双馈变流器通过控制变流器的电压和频率，可以实现对发电机的有源功率和无功功率的控制。
双馈变流器的优势主要体现在以下几个方面：1. 较低的成本：相比传统的风力发电系统，双馈变流器的容量较小，可以降低系统的成本。
2. 更好的控制性能：双馈变流器可以实现对发电机有源功率和无功功率的精确控制，可以根据电网需求灵活调节输出功率。
3. 提高系统的稳定性和可靠性：双馈变流器通过将一部分发电机的输出电流回馈给发电机，可以增强系统的稳定性和可靠性。
双馈式风力发电机结构原理及功率分析
双馈式风力发电机结构原理及功率分析1 双馈式风力发电机的结构双馈发电机（Doubly—Fed Induction Generator，简称DFIG）最初的设想来自于一位英国学者，是在自级联异步电机的基础上发展出来的。
其在结构上与绕线异步电机较为类似，由于其转子和定子两部分都能馈入或馈出能量，因此得名“双馈”，同时，由于双馈式发电机是通过转子来产生交流磁场，所以，双馈式发电机也被形象的称为交流励磁发电机。
双馈式发电机的结构一般是由转子、定子和气隙三个组成的。
在双馈式电机定子的铁心上，均匀的分布着同形状的凹槽，它的主要作用就是用来嵌入定子绕组，使得通过定子的三相电流能够产生旋转磁场，同样，在转子中也有嵌入用绝缘导线组成的三相绕组，如图1，从示意图中可以清楚的看到，转子上引出的三相线先连接到位于转轴上的集电环上，然后再由电刷引出。
一般情况下，定子是直接接到工频电网上，而转子则通过变换器连接到电网上，以用于转子进行交流励磁用。
2 双馈式风力发电机的原理双馈式电机交流励磁变速恒频发电系统图2所示即为双馈式发电机交流励磁变速恒频发电系统的基本组成示意图。
图的最左端为风机的桨叶，当桨叶通过风力的推动转动时，连杆经过齿轮箱的变速后带动发电机转动。
当风速发生变化时，势必带动发电机的转速发生变化，此时，可以通过变频器有针对的控制输入到转子侧的励磁电流的频率，来改变转子磁场的旋转速度，这样，就能使定子侧感应出同步转速，将变速恒频发电变为现实。
n+(-)60f1/p=60f2/p要保持电网的频率不发生变化，我们可以通过控制转子的电流频率，即f1来确保f2恒定不变，达到变速恒频的目的。
当发电机的转速小于同步转速，即ωr<ω1时，整个发电机处于亚同步状态，在此状态下，通过励磁变频器，电网向发电机的转子提供交流励磁，补偿其转差功率，由定子向电网馈出电能；当发电机的转速大于同步转速，即ωr>ω1时，该发电机处于超同步状态之下，在此状态下，同样通过励磁变换器，转子回路向电网馈出电能，励磁变换器的能量方向与亚同步状态下相反，同时，定子回路也向电网馈出电能；当发电机的转速与同步转速相等，即ωr=ω1时，此时可以看作普通的同步电机，式2—1中fr=0，变流器向转子提供直流励磁。
2MW双馈风冷变流器-变流器的维护及故障分析
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注：维护散热风扇时确保风扇完全停止转动
变流器的维护
• 散热风扇检查
1. 2. 3. 4. 将风扇前面的防护网去掉； 将风扇的电源连接端子拆掉； 拆掉目标风扇下面的固定螺钉（M6)； 双手托住风扇下部，轻轻将其取下。
机侧风机拆卸
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变流器的维护
• 散热风扇检查
网侧风机拆卸
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变流器的维护及故障处理
• 故障分析─外部故障
• • • 电网电压故障、电机转速故障、电网频率故障… 运行前告警，运行后故障 故障的定位方法
检查门限限制是否异常（后台参数组09中）。
用测试仪器观察是否外部条件确实异常。 如果外部条件无异常而继续报故障，检查采样线连接是否有断线或接触 不良问题。 如果问题没有解决，请联系客服热线。
• 故障分析方法
1.查看指示灯状态。
黄色告警指示灯
红色故障指示灯
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变流器的故障分析
• 故障分析方法
2.查看故障字观察具体故障信息。
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变流器的故障分析
• 故障分析方法
3.查看日志，找到故障产生时相关动作信息。
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变流器的故障分析
• 故障分析方法
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变流器的维护及故障处理
• 故障分析─软件故障
• • 模块过流、母线过压、定子过流… 采样值超过相应保护门限
•
故障的定位方法
检查门限限制是否异常（后台参数组09中）。 复位后重启，用测试仪器观察是否检测值确实异常。
双馈异步风力发电机机组变流器基本运行原理
双馈异步风力发电机机组变流器基本运行原理一、引言近年来，随着环保意识的提高和可再生能源的重要性日益凸显，风力发电作为一种清洁、可再生的能源形式，受到了广泛的关注和推广。
而风力发电机组作为风力发电系统的核心部件，其稳定性和效率对整个系统的运行影响重大。
双馈异步风力发电机机组变流器作为风力发电机组的关键部件之一，其基本运行原理对整个系统的性能具有重要影响，因此有必要对其进行全面了解和分析。
二、双馈异步风力发电机机组概述双馈异步风力发电机机组是一种常见的风力发电机组类型，其主要由风轮、叶片、主轴、发电机、变流器等组成。
风轮转动驱动主轴旋转，主轴通过传动系统带动发电机工作，发电机将机械能转化为电能输出给电网。
其中变流器起着将发电机输出的交流电转换为直流电，通过逆变器将直流电再转换为交流电，并使得风力发电机组能够与电网实现同步运行的重要作用。
三、双馈异步风力发电机机组变流器基本结构双馈异步风力发电机机组变流器主要由变流器电路、控制系统和通信系统等组成。
其中变流器电路包括整流部分和逆变部分，控制系统负责对变流器进行控制和监测，通信系统用于与上层监控系统进行数据交互。
双馈异步风力发电机机组变流器通常采用IGBT（绝缘栅双极型晶体管）等功率器件，以实现对电流和电压的精确控制。
四、双馈异步风力发电机机组变流器工作原理1.变流器整流部分：发电机输出的交流电首先被变流器整流部分进行整流，将交流电转换为直流电。
这个过程包括整流桥、滤波电路等部分，其主要目的是将交流电转换为基本平稳的直流电，以便后续逆变器的工作。
2.变流器逆变部分：经过整流的直流电被逆变器逆变部分转换为交流电，通过逆变器的PWM控制，将直流电转化为符合电网要求的交流电，并具有同步电网的频率和相位。
逆变部分通过对功率器件的开关控制，将直流电转换为交流电输出到电网。
3.控制系统：变流器的控制系统通过对PWM控制信号的生成和对功率器件的开关控制，实现对变流器的电流和电压的精确控制，使得风力发电机组与电网实现有效的功率传递和稳定的运行。
风力发电机组变流器基本原理
1、双馈型风力发电系统的运行原理双馈型风力发电系统结构图如图1所示，由风轮机、齿轮箱、变桨结构、偏航机构、双馈电机、变流器、变压器、电网等构成。
其工作过程为：当风吹动风轮机转动时，风轮机将其捕获的风能转化为机械能再通过齿轮箱传递到双馈电机，双馈电机将机械能转化为电能，再经变流器及变压器将其并入电网。
通过系统控制器及变流器对桨叶、双馈电机进行合理的控制使整个系统实现风能最大捕获，同时，通过对变桨机构、变流器及Crowbar 保护电路的控制来应对电力系统的各种故障。
双馈异步发电机的定子与转子两侧都可以馈送能量，由于转子侧是通过变频器接入的低频电流起到了励磁作用，因此又名交流励磁发电机。
双馈异步发电机主机结构特点是：定子与一般三相交流发电机定子一样，具有分布式绕组；转子不是采用同步发电机的直流集中绕组，而是采用三相分布式交流绕组，与三相绕线式异步机的转子结构相似。
正常工作时，定子绕组并入工频电网，转子绕组由一个频率、幅值、相位都可以调节的三相变频电源供电，转子励磁系统通常采用交-直-交变频电源供电。
图1、双馈风力发电系统结构图双馈异步发电机在稳态运行时，定子旋转磁场和转子旋转磁场在空间上保持相对静止，此时有如下数学关系表达式：12r n n n =±2160f n n f r p ±=1211r n n n s n n −==±式中，1n 、r n 、2n 分别为定子电流产生磁场的旋转速度、转子旋转速度和转子电流产生磁场相对于转子的旋转速度，1f 、2f 分别为定、转子电流频率，p n 为发电机极对数，ss n n n s −=为发电机的转差率。
由上式可知，当发电机转子转速r n 发生变化时，若调节转子电流频率2f 相应变化，可使1f 保持恒定不变，实现双馈异步发电机的变速恒频控制。
当r n <1n 时，电机处于亚同步速运行状态，转子旋转磁场相对于转子的旋转方向与转子旋转方向相同，变频器向转子提供交流励磁，定子向电网馈出电能；当r n >1n 时，电机处于超同步速运行状态，转子旋转磁场相对于转子的旋转方向与转子旋转方向相反，此时定、转子均向电网馈出电能；当r n =1n 时，2f =0，变频器向转子提供直流励磁，此时电机作为普通隐极式同步发电机运行。
双馈风电机组变流器原理
双馈风电机组变流器原理下载提示：该文档是本店铺精心编写而成的，如果您有需求，可以下载，希望能够帮您解决问题。
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双馈型风力发电变流器及其控制
双馈型风力发电变流器及其控制随着环保意识的日益增强和可再生能源的广泛应用，风力发电技术得到了快速发展。
双馈型风力发电变流器作为风力发电系统中的关键设备之一，在提高风能利用率和电能质量方面具有重要作用。
本文将介绍双馈型风力发电变流器的工作原理、特点优势及其控制方式。
双馈型风力发电变流器是一种交直流变换设备，可将风力发电机发出的交流电转换为直流电，再供给电力系统使用。
其工作原理是采用双馈（交流和直流）线路，通过电力电子器件（如IGBT、SGCT等）的开关动作，控制交流和直流电流的双向流动，实现能量的交直流转换。
高效性：双馈型风力发电变流器具有较高的能量转换效率，可实现风能的最大化利用。
灵活性：双馈型风力发电变流器可通过控制开关器件的占空比，调节输出电流的幅值、频率和相位，满足不同风速和负荷条件下的运行需求。
稳定性：双馈型风力发电变流器可有效平抑风速波动带来的影响，提高电力系统的稳定性。
维护性：双馈型风力发电变流器采用模块化设计，便于维护和检修，降低了运维成本。
矢量控制：通过控制交流侧电流的幅值和相位，实现有功功率和无功功率的解耦控制，提高电力系统的稳定性。
直接功率控制：采用瞬时功率采样，通过控制逆变侧电流的幅值和相位，直接控制有功功率和无功功率，具有快速的动态响应。
神经网络控制：利用神经网络技术，建立风力发电变流器数学模型，实现自适应控制和优化运行。
模糊控制：基于模糊逻辑理论，通过模糊控制器对变流器进行非线性控制，具有良好的鲁棒性和适应性。
双馈型风力发电变流器作为风力发电系统的关键设备之一，具有高效、灵活、稳定和维护简便等特点及优势。
其控制方式多种多样，包括矢量控制、直接功率控制、神经网络控制和模糊控制等，可根据实际应用场景选择合适的控制方式以实现最优运行。
随着风电技术的不断发展，双馈型风力发电变流器在未来将发挥更加重要的作用，为可再生能源的广泛应用和绿色能源转型提供强有力的支持。
随着环境保护和可持续发展的日益重视，风力发电作为一种清洁、可再生的能源，越来越受到人们的。
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软启单元 防雷单元 输出DU/DT滤波 单元 机侧功率模块
网侧功率模块 风机冷却 系统 加热除湿 系统 网侧滤波单元 Chopper模块
Crowbar模块
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内部配电系统
配电原理图
网侧防雷单元
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网侧防雷单元：对变流器提供防雷保护，I级防雷，In=150kA
6
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总进线电流互 感器
三相变压器前保护开关
单相变压器前保护开关 柜体温度检测继电器 控制加热主回路接触器 模块风机控制线转接排 控制UPS前供电接触器 24V电源模块 提供变流器内部控制电源
15V电源模块 湿度继电器
加热器
控制柜空间加热
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结构
• 控制柜
系统除湿风扇
网侧输入交流滤波电容
软启接触器 软启电阻（4个)
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• IGBT驱动适配板（P5板）
IGBT驱动适配板的主要功能是实现对IGBT导通或关断速度及门极电压的控制，并阻断IGBT集电极 的高压流入IGBT驱动板。
IGBT驱动适配板接口定义 标签 P51 P5H P5L 功能描述 温度检测接口
IGBT上管驱动信号
IGBT下管驱动信号
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1.2
风 电 场 220 kV 送 出 线 路
1.1 1.0 0.9 0.8
电网故障引起电压跌落
要求风电机组 不间断并网运行 风电机组可以 从电网切出
0.7
0.6 0.5
并网 点电 0 . 4 压（ 0 . 3 p.u. ）0.2 0.1 0 -1 0 0 .625 1 时间 2 （ s）
3
4
大型风电场并网设计技术规范
用户接口板接口定义 标签 P03A P06 P21 X1A～ X3A X19D X20A /X20B X4D～ X18D 功能描述 用户接口板与DSP板间信号接口 码盘信号接口 变流器输出到主控的24V电源接口（输入） 模拟信号接口，部分连接到防雷板 变流器输出到主控的24V电源（输出，连接到防雷板） 电机码盘信号输入及码盘电源输出，连接到防雷板 数字I/O信号接口，部分连接到防雷板
防雷板接口定义 标签 功能描述
X71～X78 用户端DI信号输入及防雷后DI信号输出接口 X79～X7C 防雷前DO信号输入及用户端DO信号输出接口 X7D～ 防雷前DO_COM信号输入及用户端DO_COM信号输出 X7G 接口 X7H 变流器输出到主控的24V电源防雷
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模块组成介绍
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机侧电容模组介绍
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Chopper单元
调节直流母线电压，防 止电网跌落时能量回灌 母线导致母线电压升高， 用于应对不太严重的低 电压穿越。
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模块组成介绍
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输出DU/DT滤波单元
可以有效降低输出电压 的变化率，改善转子承 受尖峰电压，延长发电 机转子的绝缘寿命
LC滤波器放电电阻
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网侧功率模块
实现正常运行状态下交 流侧输入单位功率因数 的控制和各种状态下保 持直流环节电压稳定， 确保转子侧变流器乃至 整个双馈电机的励磁系 统可靠工作。
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模块组成介绍
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网侧电容模组介绍
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机侧功率模块
通过对双馈电机转子电 压的控制，实现双馈电 机输出解耦的有功功率 和无功功率。
P06 P07A
P0A P0B
电机转速检测编码器接口 上位机与下位机信号交互接口
SCR驱动板接口 Chopper的IGBT驱动板接口
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• 模拟信号调理板（P1板）
模拟信号调理板的主要功能是对三相电流和电 压以及温湿度等模拟信号进行调理，将强电信 号转换为弱点信号（0~3V)送至DSP板，由DSP 板进行相应算法处理和保护操作。
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2MW双馈风冷变流器介绍
• 配电原理图讲解
2.0MW双馈风冷变流器配电原理图
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2MW双馈风冷变流器介绍 结构
• 整体外观
• 并网柜
• 控制柜 • 功率柜
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结构
• 整体外观
主电源 指示灯 故障 指示灯
告警 指示灯
功率柜 并网柜
实现变流器 与电网并网、完 成用户配电和主 控制器的信号交 互。 将电网的三 项输入交流电 整流成直流电， 并将整流得到 的直流电逆变 成发电机转子 励磁所需要的 交流电。
模拟信号调理板接口定义 标签 功能描述
P01
P02 P00B P11
模拟信号调理板与DSP板间模拟信号接口
模拟信号调理板与DSP板间数字信号接口 模拟信号调理板控制电源接口，来自DSP板 电网电压输入接口
P12
P14 P15 P16
定子电压输入接口
输入滤波器电容电流接口（预留） 直驱定子电压输入接口（预留） 电网总进线电流输入接口
输出电压符合电网要求；
满足双馈发电机组变速恒频控制，实现快速柔性并网； 具有电网故障、雷击、过电流保护功能； 能满足不同的现场总线通讯协议； 具有低电压穿越功能。
3
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2MW双馈风冷变流器介绍
• 拓扑结构图
总进线电流互感器 主断路器 并网接触器
双馈发电机
定子侧电流互感器
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• SCR驱动板（P6板）
SCR驱动板的主要功能是以脉冲形式驱动晶闸 管。
SCR驱动板接口定义 标签 功能描述
P0A P61
P62 P63
SCR驱动板与DSP板间信号交互接口 晶闸管1驱动接口
晶闸管2驱动接口 晶闸管3驱动接口
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单板接口
• 防雷板（P7板）
防雷板的主要功能是对进入变流器控制单板的外部热线信号进行防雷保护。
主接触器
内部配电三相AC690V/380V供 电变压器
内部配电单相AC690V220V供电 变压器
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结构
• 功率柜
Chopper功率模块 （06A)
控制chopper电路动作
Chopper放电电阻 （06R0） 霍尔
模块电流检测
直流母线电容
机侧功率模 块
网侧功率模 块
Crowbar电路
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• 配电板（P3板）
配电板的主要功能是对变流器系统内部信号进 行控制和管理，包括对各接触器和开关动作与 否的控制，以及该动作相应的动作反馈。
配电板接口定义 标签 P03B P31 P32 P33 P34 P36～P38 P3A P3B P3C P3D P3E P3F P3G P3I P3K P3L P3M P3N P3O 功能描述 配电板与DSP板信号接口 220V控制电源 220V控制电源 主接触器驱动信号接口 软启接触器驱动信号接口 接触器驱动接口（预留） 模块风机接触器驱动信号接口 并网柜控制柜风扇驱动信号接口 并网开关ON驱动信号接口 并网开关ON状态反馈 主接触器、软启接触器状态反馈 主断路器状态，主接断路器准备好、主断路器 trip及机侧模块风机接触器状态反馈 机侧模块风机状态反馈 网防雷器侧状态反馈 网侧滤波电抗及输出DU/DT电抗器过温状态反馈 加热除湿运行指示及网侧模块风机状态 本机故障及告警指示灯驱动信号接口 主断路器失压脱扣驱动 电容模块风扇驱动 24V控制电源接口
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并网柜加热器
控制柜加热器
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网侧功率模块 冷却风机
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机侧功率模块冷却风机
机侧功率模块 冷却风机
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主断路器
变流器网侧输入保护及 电机定子侧保护， Un=690V,In=2500A， 长延时，短延时和瞬时 脱扣保护功能
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并网接触器
电网输入侧防雷器 保护开关
电流互感器 （03T1/03T2/03T3)
电机定子侧电流检测
并网柜加热器
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结构
• 控制柜
DSP板（P0）：DSP系 统逻辑控制，内部通信 及算法实现
配电板（P3）：内部接 触器及开关的控制 用户接口板（P2):对用户 信号（模拟信号和数字信 号）及电机转速编码器信 号的控制和管理
输出DU/DT滤波电感
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低电压穿越概念
实现变流器的低电压穿 越功能。CROWBAR电 路采用晶闸管作为功率 器件，晶闸管的耐冲击 电流能力较高，可以适 应严重的低压穿越工况。
Crowbar单元
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重庆佩特电气
模块组成介绍
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低电压穿越（LVRT）：当电力系统故障或扰动引起并网点电压跌落时 ，在一定的电压跌落范围和时间间隔内，风电机组能够保证不脱网连续 运行。
控制crowbar动 作
电抗器（04L2)
电网输入侧滤波 电抗器
DU/DT输出滤波器 电抗器
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2MW双馈风冷变流器介绍
单板接口
直流母线电压 Basic 232 三相电网 电压 温湿度变 送器 P1-模拟信号调理 板 P0-DSP板 Basic 422 P3-配电板 ± 15VDC 220VAC
DSP板的主要功能是利用DSP和FPGA实现对 整个变流器系统的功能控制，包括算法实现、 故障保护、信号类型(特指模拟和数字类）转换 及内部通讯。