全功率风力发电变频器.pdf

Answers for industry.全功率风力发电变频器2Dynavert XL 全功率风力发电变频器系统无碳排放发电系统的最高水准：风力涡轮机用变频器及发电机系统西门子在风力涡轮机用发电系统市场上具有领导性地位。西门子可提供陆上及海上风力发电应用系统，最高可达 8 MW 可提供最宽范围的风力发电系统。可提供同步及异步风力发电系统。冷却方式可提供空冷、水冷等冷却方式。西门子提供的由 Dynavert XL 风力变频器及其所属的发电机构成的电系统，可以满足电网工作人员对良好的电网兼容性特别是对兆瓦级发电设备方面越来越高的要求。专门设计的 DYNAVERT XL 变频器具有特定的专用于风力发电系统的控制方式。Dynaverty XL 全馈变频器系列针对永磁同步风力发电机进行设计。该系列变频器可以满足电网工作人员对良好的电网兼容性方面越来越高的要求，特别是对兆瓦级风力发电设备优良性能的要求。系统概述该变频器适用于永磁同步风力发电机系统。发电机定子通过断路器直接连接到电网。发电机转子则通过变频器连接到电网。该变频器由电机侧变流器，直流电路及电网侧变流器等部分组成。系统构成 预充电单元 网侧变流器 电机侧变流器 网侧滤波器 电机侧滤波器 闪电保护装置 控制电路板 CB08PSGMSCLSC690V690V全功率风力发电系统简图先进的风力涡轮发电系统都配备有变频器用于风力涡轮机的变速变桨矩运行。作为变速风力发电系统，系统运行必须持续与风力变化相匹配 从而达到在全部运行时间内风能的最大利用效率.为实现最大效率利用风能，风力涡轮机的速度必须与电网频率解耦。这样在风力不断变化的情况下风力发电机系统可以按照最大效率利用风能的方式运行。为了最大限度的利用风力，与转速不相关的 Dynavert XL 系统将所安装的发电机与一个采用最先进的 IGBT（绝缘栅双极型晶体管）技术的高性能逆变器和控制电路组合。由此所实现的变速传动系统方案安全可靠，用它装备的风力涡轮机达到了最新的研究和开发水平。3 Dynavert XL 全功率风力发电变频器系统的优点Dynavert XL 全功率变频器系列能为系统提供恒定电压和频率恒定的发电性能。其由微处理器控制的大功率电子电路可使输出电压和输出功率保持恒定。提供恒定的有功功率通过操作管理可以实现恒定输出功率或恒定扭矩的恒定运作。在变频器控制系统中储存了一个有功功率与转速关系的表格。作为选项可以给出一个外部的扭矩信号。传动系统效率高与转速恒定的系统相比，此系统的局部负荷率显著改善。减小在机械元件上的力矩影响通过衰减转矩冲击和在一定负荷下的恒定运行，可以降低其对风力涡轮发电机各机械部件的冲击。模块化设计变频器功率单元完全采用模块化设计。从而可以在整个产品系列中应用若干相同的基本功率单元进行组合。根据系统功率要求，最多可将 7 块相同的功率单元并联。冗余设计系统采用冗余设计。当某一功率单元出现故障时，系统可自动将故障单元切除，提高了发电效率。电流分配的控制一个智能控制系统并联在功率插件单元上,承载着最佳的电流分配功能。这样，就无需选配所应用的半导体器件了。一旦某一功率模块负载电流过高时，时移的触发脉冲将动态平衡此电流。E.ON 标准Dynavert XL 系统是按照 E.On 标准进行设计的。必要的元器件可集成在该变频器中。谐波低，电能质量高Dynavert XL 系统产生的电压其非线性失真系数约为 1%，从而使系统性能达到了相应的同步发电机系统的优值。按照 VDEW 规范“在中压电网上的自发电系统”测量，此系统的系数 Sk/Sn 可以达到 30%左右。无功功率管理采用 Dynavert XL 变频器可以使系统的功率因数在 0.9 电感至 0.9 电容之间整定。因此不需要一般采用的无功功率补偿。应给出的无功功率储存在变频器控制系统的表格中。作为选项可以通过一个外部信号给出 Cos 值。4 4并网冲击电流小因为与电网的连接绝对同步进行，所以此过程几乎没有冲击电流出现。非线性失真系数为 1。通过 CP 最优化设计而达到高系统效率由于传动系统速度可调，可以使风力发电机的转速准确的与叶轮的最大效率匹配从而保持快速运行。因为 Dynavert XL 在发电机上的效率也非常高，因此与其它变速系统相比可以获得约 2-3%的收益，而与恒定转速的风力发电机相比可至少获得 5%更大的效益。良好的诊断功能变频器控制系统具有一个工作状态数据记录仪，因此可以容易的定位可能出现的故障所在。通过在变频器中的数据通信设备（调制解调器等）可以进行远程监控和维护。Dynavert XL 全功率风力发电变频器系统的优点比较有利的桨叶调节高动态转速控制有利于将更多的时间用于桨叶调整。噪声最低特别是在非满载负荷范围内，可以通过实时转速控制明显地降低噪声。调试借助于计算机程序可使受过培训的人员在最短的时间内对变频器进行调试。调试的工作人员可从一个智能操作导引中获得支持。高动态修正性能对于 100%载荷冲击的修正时间小于 5ms。5 5Dynavert XL 系统描述预充电单元预充电单元由电阻和熔丝组成。通过接触器与电网相连。电阻采用两相，用于限制充电电流。DC-Link 电路将被预充电至电网电压的峰值。系统只有在预充电完成后才可以将主断路器合闸。预充电时间约 4s。预充电单元使用 16A 的熔丝，当主断路器合闸后预充电单元将被断开。当系统连接于电网，并且系统温度处于允许的温度范围内时，系统将会被预充电。网侧变流器电网侧变流器由多个相同的功率单元通过平衡电抗器并联组成。智能控制器确保每相电流的均衡分配。一旦某一功率模块负载电流过高，时移触发脉冲将动态平衡此电流，网侧变流器的时钟频率为 3kHz。控制方式为空间矢量控制。机侧变流器电机侧变流器由多个相同的功率单元通过平衡电抗器并联组成。智能控制器确保每相电流的均衡分配。一旦某一功率模块负载电流过高，时移触发脉冲将动态平衡此电流，电机侧变流器的时钟频率为 2kHz。控制方式为空间矢量控制。网侧滤波器电网侧滤波器由电抗器，电容器和电阻组成。为避免电流高次谐波，电容器配有阻尼电阻。滤波器最大设计谐波电流满足 EN 50160 4.11/5.11 标准。机侧滤波器电机侧滤波器采用 dv/dt 滤波器，可防止 IGBT 功率模块的尖峰电压传输至发电机绕组。最高允许电压为 1800V，上升率为 2000V/s。滤波器的阻尼电阻分布于功率柜的电抗器部分，变频器与电机之间的电缆的最大长度为 150m。电容器滤波可防止 DC-Link 电压快速跌落。DC-Link 斩波器该系统配备有 DC-Link 斩波器。EMC发电机组内连接网侧的所有元件，其谐波电压设计为 2%4%（时钟为 2kHz，3kHz）如在连接其它驱动设备时有其他要求，需要加装额外的滤波装置。6雷电保护装置在风电场中多种形式的雷电袭击都可能发生。为防止雷电从一个区域传导至另一个区域，特定的避雷装置必须被装设。在系统内，电网侧和发电机侧各装配一套防雷装置。控制电路板 CB08Dynavert XL 系统的核心是控制电路板 CB08。该电路板采用双核处理器技术，这意味着该系统拥有强大的运算性能用以优化和协调触发脉冲。从而降低电机噪声，减少变频器和发电机损耗。CB08 板上配有与风力涡轮机主控制器通讯的接口。可通过 CB08 板上的 USB 端口为系统设置参数。该控制板也可以通过 Ethernet 进行通讯。在 CB08 上可装一块 4 行的 LCD 显示屏（可选）。控制电路板 CB08 可提供的端口 一个 HTL 编码器接口 可提供的总线接口有-Profi bus-DP-CanOpen-Interbus-Modbus RTU 2 个 USB 端口-端口 A 可连接闪存或通过 USB-Stick 对系统进行参 数设置-端口 B 用于与 PC 连接Dynavert XL 系统描述 RS232 及 RS485 端口 12 个数字量输入，4 个数字量输出 2 个模拟量输入，2 个模拟量输出通讯风力涡轮机与 Dynavert XL 系统之间的通讯方式可由客户指定。系统参数设置的标准端口是 USB 端口。USB 端口位于 CB08 电路板上。USB-A 端口用于通过 USB-Stick 进行参数设置。USB-B 端口用于将 Dynavert XL 系统与 PC 进行连接。用于进行该系统参数设置和服务的软件为“变频器管理软件（IMS）”。如需远程控制，该系统可选配 Ethernet 接口。Dynavert XL 可提供的接口有 USB RS232/485 Ethernet BUSDynavert XL 与风力涡轮机系统之间的通讯方式有 Profi bus Profi net CANopen Interbus Modbus 67技术数据IMS 变频器管理软件 可在线为变频器设置参数 可在线监测运行数据 可离线编制参数文件 易于理解的日志文件 可通过 USB，Ethernet，总线或串行接口与变频器进行连接 该软件具有示波器功能 目前可支持 6 种语言进行操作NSR电路板NSR 电路板直接与 CB08 板进行通讯。网侧变流器的触发脉冲由CB08 板产生，由 NSR 板进行通讯和控制。IMS 软件界面图 1IMS 软件界面图 2功率范围750kW8MW电网电压3AC，575V690V，50Hz&60Hz运行环境温度-30 C+40 C冷却方式空冷或水冷防护等级IP 547