變流器由4個(gè)單柜組成，分別為：控制柜、電抗器柜、IGBT1柜、IGBT2柜。控制柜內(nèi)部主要是二次系統(tǒng)和網(wǎng)側(cè)斷路器；電抗器柜內(nèi)是電抗器、制動(dòng)單元；IGBT1柜內(nèi)是功率模塊，網(wǎng)側(cè)逆變部分；IGBT2柜內(nèi)是功率模塊，機(jī)側(cè)整流部分。變流器總的控制目標(biāo)就是把發(fā)電機(jī)發(fā)出不同頻率、幅值和相位的電流轉(zhuǎn)換成與電網(wǎng)兼容的電能。

本文主要從散熱系統(tǒng)、回路部分、變流安全鏈、控制系統(tǒng)四個(gè)部分介紹變流系統(tǒng)，這四個(gè)方面也是跟現(xiàn)場(chǎng)工作聯(lián)系比較密切的。

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冷卻控制柜由冷卻循環(huán)系統(tǒng)和測(cè)量控制系統(tǒng)兩部分組成。冷卻循環(huán)系統(tǒng)以高壓循環(huán)泵為動(dòng)力源。循環(huán)泵通過(guò)管路把冷卻液送入變流控制柜中，再把冷卻液通過(guò)管路抽出，把冷卻液送入風(fēng)機(jī)外的空氣散熱器進(jìn)行冷熱交換，散熱后的冷卻液再由循環(huán)泵送入變流柜中。這樣完成一次冷卻循環(huán)。在冷卻系統(tǒng)室內(nèi)管路和室外管路之間設(shè)置了一個(gè)電動(dòng)三通閥。冷卻控制柜的測(cè)量控制系統(tǒng)根據(jù)當(dāng)前冷卻液的溫度值自動(dòng)的調(diào)節(jié)電動(dòng)三通閥的閥位，從而有比例的調(diào)節(jié)循環(huán)冷卻液進(jìn)入空氣散熱器進(jìn)行熱交換的流量，實(shí)現(xiàn)精確的溫度調(diào)節(jié)功能。當(dāng)變流系統(tǒng)的溫度低于正常工作溫度時(shí)，電動(dòng)三通閥關(guān)閉，安裝在管路上的電加熱器根據(jù)控制要求對(duì)冷卻液進(jìn)行加熱，循環(huán)系統(tǒng)通過(guò)冷卻液的循環(huán)流動(dòng)對(duì)變流系統(tǒng)進(jìn)行強(qiáng)制溫度補(bǔ)償。

當(dāng)溫度低于設(shè)定溫度時(shí)，電動(dòng)三通閥處于關(guān)閉狀態(tài)，冷卻液通過(guò)內(nèi)部循環(huán)進(jìn)行散熱。見(jiàn)圖一

圖一

當(dāng)溫度達(dá)到設(shè)定溫度時(shí)，電動(dòng)三通閥開(kāi)始開(kāi)啟，處于半開(kāi)半閉的狀態(tài)，冷卻液既通過(guò)內(nèi)部循環(huán)散熱，又通過(guò)外部散熱器進(jìn)行散熱。若溫度沒(méi)有繼續(xù)升高，也沒(méi)有降低，則三通閥保持半開(kāi)半閉的狀態(tài)。見(jiàn)圖二

圖二

當(dāng)溫度達(dá)到設(shè)定溫度時(shí)，電動(dòng)三通閥開(kāi)始開(kāi)啟，若溫度繼續(xù)升高，電動(dòng)三通閥不斷開(kāi)啟直至全部開(kāi)通，冷卻液全部通過(guò)散熱器進(jìn)行散熱，同時(shí)兩個(gè)散熱扇輪流交替進(jìn)行工作強(qiáng)制散熱。見(jiàn)圖三

圖三

預(yù)充電回路：

預(yù)充電回路是什么：用于在系統(tǒng)閉合主斷之前給直流母線進(jìn)行預(yù)充電，防止由于直流側(cè)母線電壓過(guò)低，在直接閉合主空開(kāi)的瞬間損壞直流側(cè)母線系統(tǒng)。

向誰(shuí)充電：向直流母線上的支撐電容，即直流模塊內(nèi)的電容。

為何要預(yù)充電：因?yàn)橹绷髂妇€上有大電容存在。電容并聯(lián)在電源兩端的時(shí)候，當(dāng)電源接通瞬間，電容兩端的電壓不會(huì)突變，而電容兩端的電流會(huì)突變。剛接通電源瞬間，電容器兩端相當(dāng)于短路，會(huì)對(duì)電網(wǎng)及變流系統(tǒng)造成很大的沖擊。

預(yù)充電回路的位置：與主斷路器并聯(lián)，回路組成如圖四。

圖四

預(yù)充電回路工作原理：變頻器上電，先由充電電阻對(duì)電容進(jìn)行限流充電，抑制了最大充電電流，隨著充電過(guò)程的延伸，模塊的直流支撐電容上逐漸建立起充電電壓，當(dāng)預(yù)充電直流電壓達(dá)到710V時(shí)，閉合網(wǎng)側(cè)、機(jī)側(cè)斷路器，然后閉合網(wǎng)側(cè)濾波電容接觸器。

制動(dòng)回路：

為什么要制動(dòng)：維持直流母線電壓在范圍內(nèi)，防止母線電壓過(guò)高損害變流器。

什么時(shí)候母線電壓會(huì)上升：當(dāng)變流器功率輸入與輸出功率不匹配時(shí)。

制動(dòng)回路位置：直流母線上，通過(guò)一個(gè)IGBT模塊。制動(dòng)電阻與上橋臂并聯(lián)，不動(dòng)作，只通過(guò)下橋臂的開(kāi)斷來(lái)控制制動(dòng)的投入/切出。見(jiàn)圖五 

圖五

工作原理：1090V時(shí)，即啟動(dòng)制動(dòng)回路通過(guò)卸荷電阻消耗直流側(cè)多余的能量，當(dāng)正負(fù)母排電壓差小于1070V時(shí)則退出制動(dòng)回路，從而達(dá)到穩(wěn)定直流側(cè)母線電壓的目的。

制動(dòng)電阻主要功能是消耗機(jī)組多余能量，典型應(yīng)用是風(fēng)力發(fā)電機(jī)組在低電壓穿越過(guò)程中通過(guò)制動(dòng)電阻消耗能量，使直流母線電壓降至額定電壓，防止由于變流器內(nèi)直流母線電壓過(guò)高，而造成電氣元件損壞。

圖六

放電回路：

為什么放電：安全，停機(jī)后對(duì)直流母線穩(wěn)壓電容進(jìn)行放電。

對(duì)誰(shuí)放電：整流逆變模塊上的支撐電容。

放電回路的位置：直流母線上通過(guò)接觸器來(lái)控制投切。見(jiàn)圖七

圖七

工作模式：在斷路器分閘和沒(méi)有預(yù)充電時(shí)，構(gòu)成RC電路放電。

網(wǎng)側(cè)濾波回路

為什么濾波：吸收高頻分量，將回路中不需要的交流信號(hào)對(duì)地短路掉。可以通過(guò)它控制并網(wǎng)電流的幅值與相位。

怎么濾波：LCL濾波低通回路，電容的容抗是與頻率成反比的，電容對(duì)于越高頻率的諧波越相當(dāng)于短路，因此電容可以提供高頻到地的回路。

網(wǎng)側(cè)濾波回路的位置：位于主斷與IGBT模塊之間。見(jiàn)圖八

圖八

在機(jī)側(cè)也有濾波器，其主要作用是降低IGBT開(kāi)關(guān)引起的過(guò)電壓，保護(hù)電機(jī)絕緣。

回路部分拓?fù)鋱D九

圖九

變流器與主控之間通過(guò)通信和硬件連接方式進(jìn)行相互的聯(lián)系；變流器內(nèi)部各個(gè)控制器、PLC之間也同樣是通過(guò)通信和硬件連接方式進(jìn)行相互的聯(lián)系。

硬件連接：變流器與主控之間硬件連接（急停、復(fù)位、使能等等），變頻器控制器之間的硬件連接（安全鏈）

安全鏈系統(tǒng)：

反饋回路串入的觸點(diǎn)：機(jī)艙急停、塔底急停、變流器/中央控制器故障、4個(gè)控制器故障和4個(gè)控制器正常觸點(diǎn)；

控制回路：安全繼電器（15K11）的觸點(diǎn)反饋三個(gè)信號(hào)，一是網(wǎng)側(cè)斷路器控制回路；二是發(fā)電機(jī)開(kāi)關(guān)柜合閘控制回路；三是反饋?zhàn)兞髌靼踩湽收闲盘?hào)。對(duì)應(yīng)圖紙P15

2.0MW變流器控制系統(tǒng)主要由PLC(西門子S7-300)、網(wǎng)側(cè)控制器(1U1)、機(jī)側(cè)控制器1(1U2)、機(jī)側(cè)控制器2(1U3)、制動(dòng)控制器(1U4)以及一個(gè)CAN-DP模塊（PLC只能接受DP通訊）構(gòu)成。

西門子PLC：主要實(shí)現(xiàn)與主控的DP通信，與各個(gè)控制器的通信，預(yù)充電控制和部分輔助回路的保護(hù)（防雷、濕度、溫度等）。

網(wǎng)側(cè)控制器：網(wǎng)側(cè)控制和保護(hù)策略的實(shí)現(xiàn)、網(wǎng)側(cè)斷路器的控制、濾波電容的投切和部分輔助回路的保護(hù)（網(wǎng)側(cè)交流熔斷器、濾波電容熔斷器）。

機(jī)側(cè)控制器1：電機(jī)繞組1控制和保護(hù)策略的實(shí)現(xiàn)、機(jī)側(cè)側(cè)斷路器1的控制。

機(jī)側(cè)控制器2：電機(jī)繞組2控制和保護(hù)策略的實(shí)現(xiàn)、機(jī)側(cè)側(cè)斷路器2的控制。

制動(dòng)控制器：制動(dòng)控制和保護(hù)策略的實(shí)現(xiàn)。

通信：變流器與主控之間的DP通信；變流器內(nèi)部控制器之間的DP通信、CAN通信、以太網(wǎng)通信。見(jiàn)圖十

圖十