COWBE
20.May 2008NORDBERG PATRICK APPROVED/SALMINEN ANTTIJUSSI B 1 / 50
RRY
ACS800-77(LC) (LIQUID COOLED) WIND TURBINE DRIVES
TESTING INSTRUCTION
COWBE
20.May 2008NORDBERG PATRICK APPROVED/SALMINEN ANTTIJUSSI B 2 / 50
RRY
Dokumentin versiohistoria
Rev.Description Author
0.1 First version Jari-Pekka Matsinen
A First approved version Patrick Nordberg
B New software versions Patrick Nordberg
COWBE
20.May 2008NORDBERG PATRICK APPROVED/SALMINEN ANTTIJUSSI B 3 / 50
RRY
Contents
ACS800-77(LC) (LIQUID COOLED) WIND TURBINE DRIVES TESTING INSTRUCTION (1)
1. VISUAL AND MECHANICAL INSPECTION (5)
1.1F RAME (5)
1.1.1 Wall, roof, door and floor constructions (5)
1.1.2 General surface tidiness (5)
1.1.3 Gaskets (5)
1.1.4 Cable lead throughs, supports and customer cables (5)
1.1.5 Protection class (5)
1.2C OMPONENTS AND DEVICES (6)
1.2.1 Busbars (6)
1.2.2 Groundings (6)
1.2.3 Cables and wirings (6)
1.2.4 Optic fiber cable (7)
1.2.5 Instrumentation (7)
1.3A IR- AND SURFACE INSULATION GAPS (7)
1.4P IPE CONNECTIONS AND PRESSURE TEST (8)
1.5M ARKINGS (8)
1.5.1 Rating plate and serial number label (8)
1.5.2 Warning and instruction labels (8)
1.5.3 Device symbol labels (8)
2. MECHANICAL FUNCTIONALITY (9)
2.1S WITCHES (9)
2.2F USES (9)
2.3D OORS (9)
2.4C HECKING WHEN CABINET IS UNPOWERED (10)
2.4.1 Wirings and relays (10)
2.4.2 Adjustment of cabinet devices (11)
2.4.2.1 Circuit Breaker (11)
2.4.2.2 Protective devices (Stotz) (12)
2.4.2.3 Voltage measurement board (NAMU-01) (12)
2.4.2.4 Braking chopper (13)
2.4.2.5 DDCS Branching Units (NDBU 95C) (14)
2.4.2.6 Pt100 temperature measurement (RAIO-01) (15)
3. INSULATION RESISTANCE AND VOLTAGE TESTS (16)
3.1C IRCUITRY AND PREPARATION (16)
3.2I NSULATION RESISTANCE TEST AND VOLTAGE TEST FOR 24V (17)
3.3I NSULATION RESISTANCE TEST AND VOLTAGE TEST FOR 230V (17)
3.4I NSULATION RESISTANCE TEST AND VOLTAGE TEST FOR PRIMARY SERIES CIRCUIT (17)
3.5A PPROVAL MARKING (17)
3.6A RRANGEMENTS AFTER T EST (17)
4. INSPECTION OF THE ELECTRICAL FUNCTIONALITY OF THE DRIVE (18)
4.1S OFTWARE UPLOADING TO CONTROL BOARDS (18)
4.1.1 IGBT Supply Unit (ISU) (20)
4.1.2 Inverter unit (INU) (22)
4.1.2.1 ANXR7xxx (ACS800 System Application PMSM Program) (22)
4.1.2.2 AMXR7xxx (ACS800 System Application Program) (23)
4.1.2.3 Additional parameters for the Inverter unit with option +G346 (off-line reconfiguration) (25)
4.1.3 Configuration program for wind turbine applications (WTA) (27)
4.1.4. Aplication specific function (safety circuit) (28)
4.1.5. Customer specific parameters (29)
4.2I NSPECTIONS WITH AUXILIARY VOLTAGES (30)
COWBE
20.May 2008NORDBERG PATRICK APPROVED/SALMINEN ANTTIJUSSI B 4 / 50
RRY
4.2.1 Heating circuit (30)
4.2.2 Tripping signals (30)
4.2.3 Pt100 temperature measurement (30)
4.2.4 Pressure sensor (31)
4.3F IELD BUS ADAPTER ADJUSTMENTS (32)
4.3.1 CANopen adapter (RCAN-01) (32)
4.3.2 DeviceNet adapter (RDNA-01) (33)
4.3.3 Profibus-DP adapter (RPBA-01) (33)
4.3.4 ControlNet adapter (RCNA-01) (34)
4.3.5 InterBus-S adapter (NIBA-01) (34)
4.3.6 CANopen adapter (NCAN-02) (35)
4.4S ETTINGS OF I/O MODULES (36)
4.4.1 Analog extension module (RAIO-01) (36)
4.4.2 Digital extension module (RDIO-01) (36)
4.4.3 Pulse encoder interface module (RTAC-01) (36)
4.4.4 Ethernet adapter module (NETA-01) (37)
4.5I NSPECTIONS WHEN POWER SUPPLY IS CONNECTED (40)
4.5.1 Connections and preparations (40)
4.5.2 Starting the device (without option +G346) (40)
4.5.3 Starting the device (with Option +G346) (42)
4.5.4 Voltage measuring board check (NAMU) (44)
4.6F INAL MEASURES (47)
4.6.1 Restore the factory default settings (47)
4.6.1.1 IGBT Supply Unit (ISU) (47)
4.6.1.2 Inverter Unit (INU) (47)
4.6.1.3 Configuration and Control Program for Wind Turbine Applications (WTA) (47)
4.6.2 Separate items to be included in Delivery (48)
4.6.3 Other settings (48)
4.6.4 Shrouds and markings (48)
4.6.5 Tidiness (48)
5. DOCUMENTATION (49)
5.1T RACING (49)
5.2D OCUMENTS (49)
5.3A PPROVAL (49)
ATTACHMENT 1WATER PRESSURE TEST (50)
COWBE
20.May 2008NORDBERG PATRICK APPROVED/SALMINEN ANTTIJUSSI B 5 / 50
RRY
1. Visual and mechanical inspection
Both a visual and mechanical inspection will be performed for the cabinets. The inspections must be performed after the final assembly and in connection with the final testing before delivery to the customer.
1.1 Frame
1.1.1 Wall, roof, door and floor constructions
Check that the frame, floor, wall and cable lead throughs are assembled correctly. Check also that constructions are made according to the assembly and construction drawings and parts list
1.1.2 General surface tidiness
Check the cabinet’s general condition visually. See especially:
?Faultless paintwork (no scratches or blemishes)
?Tidiness of covering parts
?Correct locations of marks and labels (must be downright and in right places).
1.1.3 Gaskets
Check that door, roof and wall gaskets are mounted as shown in assembly and construction draw-ings (not too sharp corners or visible air gaps).
1.1.4 Cable lead throughs, supports and customer cables
Check that cables are supported correctly and that there are enough bolts, nuts and washers (all output and input terminals, also PE-busbar).
1.1.5 Protection class
Check that the cabinet’s IP-protection class is sufficient (IP54 when doors are closed and IP20 when doors are open).
COWBE
20.May 2008NORDBERG PATRICK APPROVED/SALMINEN ANTTIJUSSI B 6 / 50
RRY
1.2 Components and devices
1.2.1 Busbars
Check that all busbars are attached correctly. See especially:
?Busbar bending's (no fractures)
?Busbar customer interface surfaces (must be clean)
?Busbar mountings (check bolt markings -> tighten if needed)
?Electric mountings of bus bars (check that the order, quantity and quality of screws and washers correspond to the assembly instructions. See also that power connection bolts are marked with white line)
?Support of bus bars and insulations (In correct place, see drawings, attached and unda-maged)
?Bus bars surfaces (no metal refuse)
?Electric connections made according to the instructions (TJ HandBook 3AFE001750).
1.2.2 Groundings
Check, that grounding wires’ colour, cross-sectional areas and grounding points are correct, see assembly instructions.
Check that the groundings of devices (such as transformers, power supply units and fans) are made according to grounding instructions 3AFE002495 and 3AFE002474 and also according to circuit diagrams.
Check that door groundings are made (connections to the cabinet frame), if electrical devices hav-ing a supply voltage of > 50V are assembled (emergency switches or other switches).
Check manually that connections between the grounding wires and grounding bars are reliable (no loose connections, wires do not detach when you pull/ wiggle them).
1.2.3 Cables and wirings
Check that wirings are made according to the wiring table. See also that cable types, cross-sectional areas and colours are correct.
Connectors
Check that cable terminals, such as flat shaped connectors, cable shoes and cable sleeves are made according to the instructions. Check, that the connectors are suitable for the cable and that a correct tool has been used for the cable compression. See also:
?Insulation of the cable must not be under the compressive part
?Cable fibers are undamaged
?All fibers are inside the connector
?Connectors are undamaged
?Cable must be deep enough inside the connector and parts with voltage must be hidden.
Connections
Check that cable connections between devices and terminal blocks are correct. See also that cables are not located near sharp edges or unprotected electrical parts. Check that sharp edges are protected with edge covers. See also:
?Cable connections (tightened to the correct torque, do not loosen when moving the cables) ?Termination of cables is done correctly, according to the instructions.
?Bare cable ends (check air gabs and shrouds)
COWBE
20.May 2008NORDBERG PATRICK APPROVED/SALMINEN ANTTIJUSSI B7 / 50
RRY
?Check, that cables which are vulnerable to malfunction, are terminated correctly (left close enough to the connector).
Check also, that cables’ extra markings are made according to the circuit diagram (cable mark-ings TJ-Handbook 3AFE000492).
1.2.4 Optic fiber cable
Check that optic fiber cables are mounted according to the wiring diagram. Check also that cable types are accurate and that the cables are compressed with a correct tool.
Check visually that optic fiber cable bending radius is bigger than 35 mm or biggest possible ra-dius.
Check that optic fiber cable markings are according to circuit diagram.
If necessary, measure the attenuation of the fibres with a dB-meter.
1.2.5 Instrumentation
Check that instrumentation and device marks are according to the part list and that they are as-sembled according to the instructions. Also check visually that the parts are mechanically unda-maged. See especially that:
?Markings in device connectors are in place (according to Lable instruction 3AFE001706) ?Layout of devices inside the cabinet (according to the assembly drawing).
?Attaching of devices (according to the instructions)
Options are same as in the cabinet’s rating plate (explanations for plus codes 3AFE00537823). 1.3 Air- and surface insulation gaps
Check that air and/or surface insulation gaps between two powered parts or between a powered part and the device frame are bigger than stated in the table below.
COWBE
20.May 2008NORDBERG PATRICK APPROVED/SALMINEN ANTTIJUSSI B8 / 50
RRY
1.4 Pipe connections and pressure test
Check visually that all pipe connections and bending’s are made properly.
Note especially;
?Bending’s of the pipes (not too sharp, no fractures)
?Pipe connections (not in wrong threads, no unattached pipe ends)
?Sharp edges (pipes are not located near sharp edges).
Water pressure test of the pipes
Check that the pipe assemblies have passed the water pressure test in the assembly phase (ATTACHMENT1) Passing of the test is verified by sticker 64353951, having the name of the tes-ter and the testing date marked on it. The sticker must be clearly visible on the frame of the cabi-net.
1.5 Markings
1.5.1 Rating plate and serial number label
Check that the cabinet’s rating plate is in correct location and that it has all needed markings. Note:
?Serial number (is same in SAP and serial number label)
?Technical data (type, nominal current, nominal voltage, nominal frequency etc.)
?Type definitions and markings (numbers are correct, plus codes are correct etc.)
?According to the label instruction (TJ HandBook 3AFE002355, no separate instruction). Check that main circuit fuses marking labels are correctly assembled and that labels are correct.
1.5.2 Warning and instruction labels
Check that all required warning and instruction labels are in correct places. Check also that the language of the labels is correct (Label instructions TJ-Handbook 3AFE002314 and 3AFE001923 [UL- CSA- and ATEX-cabinets]).
1.5.3 Device symbol labels
Check that markings in device connectors are in place (according to label instruction
3AFE001706).
COWBE
20.May 2008NORDBERG PATRICK APPROVED/SALMINEN ANTTIJUSSI B9 / 50
RRY
2. Mechanical functionality
2.1 Switches
Check the mechanical functionality of fuse, protective and operating switches by turning them off and on.
2.2 Fuses
Check that fuses are firmly attached to the fuse base and that they do not come off by pulling them manually. Check also that the fuses are assembled in the middle of the fuse base and that all shrouds are undamaged.
2.3 Doors
Check that doors open, close and lock easily. Make sure that doors do not open when fuse switch (OESA) handle is in position 1.
COWBE
20.May 2008NORDBERG PATRICK APPROVED/SALMINEN ANTTIJUSSI B10 / 50
RRY
2.4 Checking when cabinet is unpowered
2.4.1 Wirings and relays
Charging circuit
Check the functionality of the charging circuit with a multimeter and check that the charging circuit resistance (ohm) is according to the table below.
Check with multimeter that the air circuit breaker’s phase sequence and control wirings corres-pond to the circuit diagram.
Output contactor
Check with multimeter that the output contactor’s phase sequence and contactor control wirings correspond to the circuit diagram.
Brake chopper
Check with multimeter that the brake chopper’s wiring and ABRC-65 adapters are connected as shown in the circuit diagram.
Voltage measurement board (NAMU-01)
Check with multimeter that NAMU-01 primary circuit wiring is connected as shown in the circuit diagram (connector X1).
Auxiliary power supply (230 V AC)
Check with multimeter that UPS-supply voltage circuit and normal supply voltage circuit are not connected galvanically.
Current transformers (option)
Check that the current transformers are assembled correctly (S1/P1 to the supply line and S2/P2 towards the breaker) and wiring is correctly assembled to customer interface. Measure current transformers’ insulation resistance (example 2000/5A ≥ 0.4 ?) and finally short circuit the current transformers in the customer interface (X10’s connectors 4-5, 6-7 and 8-9).
Overvoltage protectors (option)
Check that wirings between the overvoltage protectors’ contact terminals and the customer inter-face are made according to the circuit diagram, by measuring the insulation resistance.
COWBE RRY
20.May 2008 NORDBERG PATRICK APPROVED/SALMINEN ANTTIJUSSI
B 11 / 50
2.4.2 Adjustment of cabinet devices
Check that the devices of the cabinet have corrective settings.
2.4.2.1 Circuit Breaker
Check that the breaker settings are set according to the instructions below.
0.9
0 3 50 OFF
1.5
COWBE RRY
20.May 2008 NORDBERG PATRICK APPROVED/SALMINEN ANTTIJUSSI
B 12 / 50
2.4.2.2 Protective devices (Stotz)
Check that motor circuit breakers are adjusted according to the instructions below:
Device code Type Set value -F5 MS 325 0.63 A -F7 (option) MS 325 0.63 A
2.4.2.3 Voltage measurement board (NAMU-01)
Check that jumpers in the voltage charging board are adjusted correctly. If needed, put jumpers to the right position, see instructions below:
ADAPTER JUMPER INFORMATION X8: [1-2] data rate
X11: [1-2] [3-4] X12: [1-2] [3-4]
X13: [1-2] [3-4] X14: [1-2] [3-4]
X15: [1-2]
X21: [1-2] [3-4] [5-6] [7-8] [9-10] current range X22: [1-2] [3-4] [5-6] [7-8] [9-10] current range X23: [1-2] [3-4] [5-6] [7-8] [9-10] current range X24: [1-2] [3-4] [5-6] [7-8] [9-10] current range
X31: [3-4] I/U selection X32: [3-4] I/U selection X33: [3-4] I/U selection X34: [3-4] I/U selection S1: 0 (DDCS ADDR.) S2: 2 (transmitter setting)
1234X15 VOLTAGE MEAS. MODE 1234FLOATING (PHASE VOL-TAGES REFERED TO U0)GROUNDED (PHASE VOL-TAGES REFERED TO AGND U0 is the neutral voltage, the average
of line to ground phase voltages
1234690500207
NOMINAL VOLT.
PHASE TO PHASE
PEAK RANGE
UDC
+1374+959+422
PEAK RANGE
PHASE VOLTAGE
?87?80?11
X11-X14 VOLTAGE RANGE 123412
34
COWBE
RRY
20.May 2008NORDBERG PATRICK APPROVED/SALMINEN ANTTIJUSSI B13 / 50
2.4.2.4 Braking chopper
Check that the jumper settings of the braking chopper (ABRC-65) are correct, that the connec-tions of the optic fibres and wires correspond to the circuit diagrams and that the switches S1 – S4 are correctly adjusted. If necessary, make the settings according to the instruction below:
ADAPTER JUMPER INFORMATION
X1: [x-x] Thermal switch
X2: [x-x] Alarm or Fan cntl
X3: [x-x] Fault
X4: [x-x] UDC + &UCE
X5: [x-x] 3 x IGBT
X6: [x-x] NTC
S1: 3 Brake resistor parameters
S2: 5 Brake resistor parameters
S3: 7 Brake resistor parameters
S4: Mode sel.
ON OFF
a 1234
(a = Master Braking chopper 1.)
b 1234
(b = Slave Braking choppers 2. / 3.)
S5: 7 Mains volt.
S6: 1, 2, 3 Node addr. (acc.to no of brake choppers) V1 – V2: Master / SLAVE
V3 – V4: DDCS
LIS?TT?V? KOESTUSOHJEESEEN MY?HEMMIN!
COWBE
20.May 2008NORDBERG PATRICK APPROVED/SALMINEN ANTTIJUSSI B14 / 50
RRY
2.4.2.5 DDCS Branching Units (NDBU 95C)
Check the settings of the data transmission speed and the optical power of the branching unit.
Data transmission settings of NDBU
If WTA is included in the assembly, set the data transmission speed at terminal X12 of the NDBU A315 unit (NETA branching) to 1 Mbit/s.
Correspondingly, set the data transmission speed at terminal X12 of the NDBU A615 unit (WTA branching) to 4 Mbit/s.
Settings of the optical power of NDBU
Set the optical powers of terminals X2 – X11 of NDBU according to the following instruction: Channels of optical cables inside cabinet are set to Medium.
Channels of optical cables between cabinets are set to Long.
Unused channels are set to Disabled.
F.ex. A315 terminals are set as follows:
X7 – X11 = Disabled
X5 = Long
X2 - X4, X6 = Medium
F.ex. A615 terminals are set as follows:
X5 – X11 = Disabled
X4 = Long
X2, X3 = Medium
COWBE
20.May 2008NORDBERG PATRICK APPROVED/SALMINEN ANTTIJUSSI B15 / 50
RRY
2.4.2.6 Pt100 temperature measurement (RAIO-01)
Check the connection of the Pt100 sensor to the terminal block X1 (inlet) of RAIO. Also check that the settings of RAIO are correct:
Terminal VALUE Additional information
S1 5 (default) Node ID selector
S2all to OFF Configuration switch
COWBE
20.May 2008NORDBERG PATRICK APPROVED/SALMINEN ANTTIJUSSI B16 / 50
RRY
3. Insulation resistance and voltage tests
3.1 Circuitry and preparation
Connect test place’s grounding cables to the test cabinet’s PE-bus bar. Disconnect all needed safety switches, fuses and load switches.
Figure 1. Principle of insulation resistance and voltage tests.
Insulation resistance test and voltage test for 24V circuit
Disconnect power supply units and boards from circuitry during the test. Short circuit circuitry and connect circuitry to the device frame. Test all independent 24 (48) VDC circuits one by one.
Insulation resistance test and voltage test for 230 V circuit
Disconnect 230 (115) VAC supply voltage transformer secondary circuit ground from the PE-bus bar. Short circuit the circuitry and connect circuitry to the device frame. Test all independent 230 (115) VAC circuits (UPS and NON UPS) one by one.
Insulation resistance test and voltage test for primary series circuit
Make sure that in front of ISU’s and INU’s, the adapter under a plexi sheet is connected to an in-sulating pillar. Interlock main contactor or main switch terminals, supply unit output terminals (L1, L2, L3), DC –bus bars (L+, L-), inverter output terminals (U2, V2, W2) and output contactor’s out-put terminals (U2, V2, W2), brake chopper output terminals (R+, R-) and connect them to the de-vice frame.
(x1) Insulation resistance test passing limit after voltage test according to EN 50178; 1995 standard is 1/10 of the value of this table. Usually in ACS800 devices the insulation resistance before and after the voltage test is much higher than defined in this table.
COWBE
20.May 2008NORDBERG PATRICK APPROVED/SALMINEN ANTTIJUSSI B17 / 50
RRY
3.2 Insulation resistance test and voltage test for 24 V
Insulation resistance test
Disconnect 24 (48) V DC circuit from device frame. Measure insulation resistance between circuit and device frame with voltage of 100 VDC. Insulation resistance must be ≥ 50 M?.
Voltage test and insulation resistance test
Switch on voltage 0.5 kV (50 Hz) between circuit and device frame at least for one second. Lea-kage current must be smaller than 10 mA.
After this, repeat the insulation resistance measuring. Insulation resistance must be same before and after the voltage test (± 10 %). Connect the circuit back to device frame.
3.3 Insulation resistance test and voltage test for 230 V
Insulation resistance test
Disconnect 230 (115) V AC circuit from the device frame. Measure insulation resistance between the circuit and device frame with voltage of 500 VDC. Insulation resistance must be ≥ 50 M?. Voltage test and insulation resistance test
Switch on voltage 1.5 kV (50 Hz) between the circuit and device frame at least for one second. Leakage current must be smaller than 10 mA.
After this, repeat the insulation resistance measuring. The insulation resistance must be the same before and after the voltage test (± 10 %). Connect the circuit back to the device frame.
3.4 Insulation resistance test and voltage test for primary series circuit Insulation resistance test
Disconnect primary series circuit from the device frame. Measure insulation resistance between the circuit and device frame with 1000 V DC voltage. Insulation resistance must be ≥ 50 M?. Voltage test and insulation resistance test
Switch on voltage 2.5 kV (50 Hz) between the circuit and device frame at least for one second. Leakage current must be smaller than 30 mA / INU module.
After this, repeat the insulation resistance measuring. Insulation resistance must be the same be-fore and after the voltage test (±10 %). Connect the primary series circuit back to the device frame.
3.5 Approval marking
The insulation resistance and voltage test is approved by signing a separate test report.
3.6 Arrangements after Test
Connect the supply voltage transformer groundings back to current place. Turn all safety, fuse and load switches back to ON- position.
COWBE RRY
20.May 2008 NORDBERG PATRICK APPROVED/SALMINEN ANTTIJUSSI
B 18 / 50
4. Inspection of the electrical functionality of the drive
4.1 Software uploading to control boards
Make sure that PC has NISA board or if you are using laptop PC, then you need NDPA board. When you upload programs, use ALLWAYS the RECENT software version you can find in the production. Execute uploading ALLWAYS by using Software Uploading System program (not with Drive Debug or with Drive Window). Turn cabinets control unit auxiliary voltage on (230 VAC) and upload the software.
Windturbines have often extended communication between ISU and INU. To make testing easier, there is an own BAT-files for ISU and INU, which configure most of the parameters automatically by using Windows Command Prompt (Start – Run…write to Open-field cmd and push OK ):
COWBE
20.May 2008NORDBERG PATRICK APPROVED/SALMINEN ANTTIJUSSI B19 / 50
RRY
Filling the information for the Software Uploading System:
Software:
Fill in the latest software version in production. The software will be chosen depending on the RMIO board. The software types to be uploaded to the wind turbine drives are:
ANXR7XXX- INU (permanent magnet)
AMXR7XXX- INU (short circuit)
IXXR7XXX- ISU
AQWA7XXX- WTA
AMC Type:
AMC Type will be chosen depending on the RMIO board to which the software is uploaded: LC- RMIO board of INU or ISU
wta- RMIO board of WTA.
Power and Voltage:
In Power and Voltage define the power class and voltage according to the upload. The power class of the software is dependent on the module power, and the voltage class 7 = 690V. The fol-lowing Table 5 defines the software powers according to the constructions.
Language:
Define one of the following alternatives:
C- Upload language package only for INU and ISU.
%- WTA –board without option +G346.
+g346 - WTA –board with option +G346
(off-line reconfiguration).
COWBE RRY
20.May 2008 NORDBERG PATRICK APPROVED/SALMINEN ANTTIJUSSI
B 20 / 50
4.1.1 IGBT Supply Unit (ISU)
Connect optical fibre cable between the PC and the channel CH3 of the RDCO-0X module of ISU’s RMIO-board. Start Softloading-program. See in the technical part of the parts list the ISU type and load to RMIO-board the approved production software IXXR7xxx (IGBT Supply Control Program). Follow the more detailed instruction on the use of the Softloading program (s. chapter 4.1)
In addition to the basic softloading package, the factory parametrization of the ISU will be loaded from a separate file. If the configuration comprises two drive units and also the WTA RMIO board (Configuration and Control Program for Wind Turbine Applications) is included, follow Point 1. in other cases follow Point 2.
1. Load to ISU isu_wta bat-file, this will configure extended communication and also WTA
communication
parameters automatically. Load the
file in DOS-environment: Start Win-dows Command Prompt and load NTNISA. Then go to the directory where the ISU load package is located and write l_par isu_wta , push Enter.
If there is a shortcut in the desktop, just doubleclick the shortcut
-> bat-file starts.
If the loading of the bat-file to the board is not successful, make sure that the parameter 70.15 CH3 NODE ADDR is 1. If not, correct the parameter, boot the RMIO boards and rel-oad the bat-file.
Start Drive Window and set MASTER-drive (ISU1) parameters as below (WTA RMIO-board is in MASTER-drive control unit):
98.02 COMM. MODULE CACP 22.01 SUB CONVERTER ID SUB CONV. 1 22.02 POWER BAL MODE SEP DC ACT 70.15 CH3 NODE ADDR 2 99.02 DEVICE NAME ISU1
Then load IXXR7xxx soft and isu_wta bat-file also to SLAVE-drive (ISU2).
If there is a shortcut in the desktop, just doubleclick the shortcut
-> bat-file starts.
If the loading of the bat-file to the board is not successful, make sure that the parameter 70.15 CH3 NODE ADDR is 1. If not, correct the parameter, boot the RMIO boards and rel-oad the bat-file.
第五章全功率变流器风电机组的工作原理及控制策略 5.1 全功率变流器风电机组的工作原理 (1) 5.1.1全功率变流器风电机组传动链形式 (1) 5.1.2同步发电机 (1) 5.1.3永磁同步风力发电机结构及特点 (3) 5.1.4电励磁同步风力发电机结构及特点 (5) 5.2 全功率变流器风电机组变流器 (5) 5.2.1 电机侧变流器控制策略 (6) 5.2.1 电网侧变流器控制策略 (7) 5.1 全功率变流器风电机组的工作原理 5.1.1全功率变流器风电机组传动链形式 随着现代风电机组的额定功率呈现上升趋势，风轮桨叶长度逐渐增加而转速降低。例如：额定功率为5MW的风电机组桨叶长度超过60米，转子额定转速为10rpm左右。当发电机为两对极时，为了使5MW风力发电机通过交流方式直接与额定频率为50Hz的电网相连，机械齿轮箱变速比应为150。齿轮箱变速比的增加，给兆瓦级风电机组变速箱的设计和制造提出了挑战。风电机组功率及变速箱变速比增大时，其尺寸、重量及摩擦磨损也在增加。作为另外一种选择，风力发电机可以采用全功率变流器以AC/DC/AC的方式与电网相连。 全功率变流器是一种由直流环节连接两组电力电子变换器组成的背靠背变频系统。这两个变频器分别为电网侧变换器和发电机侧变换器。发电机侧变换器接受感应发电机产生的有功功率，并将功率通过直流环节送往电网侧变换器。发电机侧变换器也用来通过感应发电机的定子端对感应发电机励磁。电网侧变换器接受通过直流环节输送来的有功功率，并将其送到电网，即它平衡了直流环节两侧的电压。根据所选的控制策略，电网侧变换器也用来控制功率因数或支持电网电压。 5.1.2同步发电机 发电系统使用的同步发电机绝大部分是三相同步发电机。同步发电机主要包括定子和转子两部分。定子是同步发电机产生感应电动势的部件，由定子铁芯、三相电枢绕组和起支撑及固定作用的机座组成。转子的作用是产生一个强磁场，并且可以由励磁绕组进行调节，主要包括转子铁心、励磁绕组、滑环等。同步发电机的励磁系统一般分为两类，一类是用直流发电机作为励磁电源的直流励磁系统，另一类是用整流装置将交流变成直流后供给励磁的整流励磁系统。发电机容量大时，一般采用整流励磁系统。同步发电机是一种转子转速与电枢电动势频率之间保持严格不变关系的交流电机。 同步发电机的转子基木上是一个大的电磁铁。磁极有凸极和隐极两种结构。凸极转子结构和加工比较简单，制造成本低。中小容量电机一般采用凸极以降低成本；对大容量、高转速原动机，高速旋转的发电机转子将承受很大的离心力，采用隐极可以更好地固定励磁绕组。 同步发电机转子结构示意图 当转子励磁绕组中流过直流电流时，产生磁极磁场或称为励磁磁场。原动机拖动转子旋
风电变流器简介 快速浮点运算能力的“双DSP的全数字化控制器”；在发电机的转子压定向矢量控制策略；系统具有输入输出功率因数可调、自动软并网变流器采用三相电压型交-直-交双向变流器技术，核心控制采用具有防尘、防盐雾等运行要求。 变流器可根据海拔进行特殊设计，可以按客户定制实现低温、高温、和最大功率点跟踪控制功能。功率模块采用高开关频率的IGBT功率QHVERT-DFIG型风电变流器基本原理 器件，保证良好的输出波形。这种整流逆变装置具有结构简单、谐波制，是目前双馈异步风力发电机组的一个代表方向。 变流器工作原理框图如下所示： 统，实现了基于风机最大功率点跟踪的发电机有功和无功的解耦控能质量。这种电压型交-直-交变流器的双馈异步发电机励磁控制系含量少等优点，可以明显地改善双馈异步发电机的运行状态和输出电变流器提供实时监控功能，用户可以实时监控风机变流器运行状态。侧变流器实现定子磁场定向矢量控制策略，电网侧变流器实现电网电本文将针对市场上主流的双馈型风电变流器进行简介。 型风电变流器系统功能 变流器通过对双馈异步风力发电机的转子进行励磁，使得双馈发电机关，目前已实现规模化的生产。 06年成功研制第一台风电变流器以来，不断寻求技术革新严把质量风能作为一种清洁的可再生能源，越来越受到世界各国的重视，我国变流器配电系统提供雷击、过流、过压、过温等保护功能。 的定子侧输出电压的幅值、频率和相位与电网相同，并且可根据需要风能资源丰富，近几年来国家政策也大力扶持风电产业。我公司自求扩展），用户可通过这些接口方便的实现变流器与系统控制器及风进行有功和无功的独立解耦控制。 机和电网造成的不利影响。 变流器提供多种通信接口，如Profibus, CANopen等（可根据用户要场远程监控系统的集成控制。 变流器控制双馈异步风力发电机实现软并网，减小并网冲击电流对电转子侧逆变器、直流母线单元、电网侧整流器。 原理图如下： 控制器、监控界面等部件。 变流器主回路系统包含如下几个基本单元： QHVERT-DFIG型风电变流器系统构成 变流器由主电路系统、配电系统以及控制系统构成。包括定子并网开关、整流模块、逆变模块、输入/输出滤波器、有源Crowbar电路、功率柜主要由功率模块、有源Crowbar等构成。 功率柜：主要负责转子滑差能量的传递。 并网柜：主要用于变流器与发电机系统和电网连接控制、一些控制信控制柜主要由主控箱、PLC、滤波器、电源模块等组成。 并网柜主要由断路器、接触器、信号采集元件、UPS、加热器、信号变流器控制结构框图如下： 接口部分等构成。 号的采集以及二次回路的配置。 上述各功能分配到控制柜、功率柜、并网柜中： 约了机舱空间，柜中还可提供现场调试的220V电源。 成有并网控制系统，用户无须再配置并网柜，提高了系统集成度，节制指令,控制变流器的运行状态 控制系统由高速数字信号处理器（DSP）、人机操作界面和可编程逻配电系统由并网接触器、主断路器、继电器、变压器等组成，自身集辑控制器（PLC）共同构成。整个控制系统配备不间断电源（UPS），控制柜：控制柜主要对采集回的各种模拟数字信号进行分析,发出控便于电压跌落时系统具有不间断运行能力。 成功满发，截止目前运行状态稳定。 附：北京清能华福风电技术有限公司简介 目前在赤峰、大安等风场正陆续进行变流器吊装施工。 限公司自主研发的1.5MW风电变流器在国电联合动力技术有限公司北京清能华福风电技术有限公司成立于2006年7月，由“国内高压变求。 2009年12月28日经过2天的现场调试，北京清能华福风电技术有及其现场调试所相关技术人员的支持下，已于哲里根图风场全部并网公司坐落于中关村科技园，依托清华大学电力系统国家重点实验室的厚的资金、科研、市场、服务实力，为国家大力鼓励、扶持的风力发电事业，提供其拥有自主知识产权的核心装备——兆瓦级风力发电机变流器及其电控系统。一流技术以及利德华福专业化、规模化、现代化的生产厂房，凭借雄以达到满功率发电和连续运行的要求，系统品质达到了风场应用的要资控股，是专门从事开发、制造风电变流器与控制系统产品的高新技术企业。 频器领域最具影响力的企业”——北京利德华福电气技术有限公司投3月至今，在河北建设投资公司和东方汽轮机有限公司的支QHVERT-DFIG型风电变流器具有以下一些特点： 优异的控制性能 完备的保护功能 少发电机损耗，提高运行效率，提升风能利用率。 风速范围内的变速恒频发电，改善风机效率和传输链的工作状况，减 型风电变流器技术特征 型风电变流器可以优化风力发电系统的运行，实现宽良好的电网适应能力 具备高可靠性，适应高低温、高海拔等恶劣地区运行 变流器在河北海兴风电场成功并网发电，通过240小时验收，目前已无故障连续运行8000多小时。成功经历了夏季高温、冬季降雪后的持下，北京清能华福风电技术有限公司自主研发生产的1.5MW风电QHVERT-DFIG型风电变流器最新动态 模块化设计，组合式结构，安装维护便捷 2丰富的备品备件；专业、快速的技术服务 低温、海边盐雾等运行环境的考验，事实证明了：清能华福变流器可
编号：变流器型式试验大纲 编制：刘敏涛 审核： 批准： 发布日期：
修订记录
目录 1背景范围 (1) 2引用依据及标准 (1) 3试验条件 (1) 3.1正常实验环境条件 (1) 3.2测量仪器仪表 (1) 4试验项目及方法 (1) 4.1试验项目 (1) 4.2模拟试验平台 (2) 5测试内容及方法 (3) 5.1设备安全性检查 (3) 5.1.1机体及结构质量检查 (3) 5.2绝缘耐压试验 (4) 5.2.1绝缘电阻测定试验 (4) 5.2.2绝缘强度试验 (4) 5.3功能试验 (5) 5.4加载试验 (5) 5.5电网适应能力试验 (6) 5.5.1电网电压适应能力试验 (6) 5.5.2电网频率适应性 (6) 5.6效率试验 (7) 5.7电网侧功率因数测定试验 (8) 5.8总谐波畸变率测量试验 (8) 5.9直流电流含量测定试验 (8) 5.10过载能力试验 (9) 5.11稳定性运行时间试验 (9) 5.12温升试验 (10) 5.13辅助器件检查 (10) 5.14保护功能试验 (11)
5.14.1过电流保护试验 (11) 5.14.2缺相保护试验 (11) 5.14.3接地故障保护试验 (12) 5.14.4冷却系统故障保护试验 (12) 5.14.5过热保护试验 (12) 5.14.6过/欠压保护试验 (13) 5.14.7过/欠频保护 (13) 5.14.8通讯故障保护试验 (14) 5.14.9电网断电保护试验 (14) 5.14.10浪涌过电压保护试验 (14) 5.14.11恢复并网保护试验 (15) 5.14.12变流器无功支持保护试验 (15) 5.15通讯试验 (16) 6参考文件 (16)
东汽FD70/FD77风电机组变流器系统原理及应用1 变速恒频发电系统的工作原理 1.1 交流电机的旋转磁场 以单相交流电机为例，单相交流电机有2 个绕组，它们在空间上相差90?正交分布，分别给2 个绕组加入时间上相差90?的交流电。如图1（a）所示，发电机定子上正交分布有2 个绕组，一个是AX，另一个是BY。2 个绕组加上的电流波形如图1（b）所示。我们规定从A 流进X 流出或从B 流进Y 流出为正方向；从X 流进A 流出或从Y 流进B 流出为负方向。 图1 单项交流电机绕组 在t0 时刻，A 绕组上通过的电流为零；B 绕组上通过的电流为负的最大值。根据电磁定律，t0 时刻，两个绕组合成的磁场方向为从左至右方向→。 在t1 时刻，A 绕组上通过的电流为正的最大值，B 绕组上通过的电流为零，根据电磁定律，t0 时刻，两个绕组合成的磁场方向为从上至下方向↓。 在t2 时刻，A 绕组上通过的电流为零，B 绕组上通过的电流为正的最大值，根据电磁定律，t2 时刻，两个绕组合成的磁场方向为从右至左方向←。 在t3 时刻，A 绕组上通过的电流为负的最大值，B 绕组上通过的电流为零，根据电磁定律，t3 时刻，两个绕组合成的磁场方向为从下至上方向↑。 在t4 时刻，正好回到t0 时刻的状态，两个绕组合成的磁场方向为从左至
右方向→。电流变化一个周期，两个绕组合成的磁场旋转一周。 旋转磁场的转速为n=60f/p。 同理，如果三相绕组在空间上按120?对称分布，三相绕组在时间上分别加上相位相差120?的三相交流电。同样要在转子铁芯周围形成一个旋转磁场。 旋转磁场的转速n=60f/p。 其中，f 为三相交流电频率。P 为磁极对数。 1 变速恒频发电系统的工作原理 1.1 交流电机的旋转磁场 以单相交流电机为例，单相交流电机有2 个绕组，它们在空间上相差90?正交分布，分别给2 个绕组加入时间上相差90?的交流电。如图1（a）所示，发电机定子上正交分布有2 个绕组，一个是AX，另一个是BY。2 个绕组加上的电流波形如图1（b）所示。我们规定从A 流进X 流出或从B 流进Y 流出为正方向；从X 流进A 流出或从Y 流进B 流出为负方向。 图1 单项交流电机绕组
风电变流器项目 申报材料 规划设计/投资方案/产业运营
摘要说明— 目前，风电作为应用最广泛和发展最快的新能源发电技术，已在全球 范围内实现规模化应用。在风力发电设备中，风电变流器是风力发电机组 不可缺少的能量变换单元，是风电机组的关键部件之一。风电变流器的行 业规模一般以风电机组装机容量衡量。 该风电变流器项目计划总投资14381.39万元，其中：固定资产投资11092.81万元，占项目总投资的77.13%；流动资金3288.58万元，占项目 总投资的22.87%。 达产年营业收入26846.00万元，总成本费用21187.27万元，税金及 附加244.59万元，利润总额5658.73万元，利税总额6683.83万元，税后 净利润4244.05万元，达产年纳税总额2439.78万元；达产年投资利润率39.35%，投资利税率46.48%，投资回报率29.51%，全部投资回收期4.89年，提供就业职位419个。 报告内容：项目总论、投资背景及必要性分析、市场调研预测、产品 规划、项目建设地研究、项目土建工程、工艺先进性分析、项目环保研究、职业保护、风险评价分析、项目节能分析、项目实施计划、项目投资计划 方案、经济效益评估、综合评价结论等。 规划设计/投资分析/产业运营
风电变流器项目申报材料目录 第一章项目总论 第二章投资背景及必要性分析第三章产品规划 第四章项目建设地研究 第五章项目土建工程 第六章工艺先进性分析 第七章项目环保研究 第八章职业保护 第九章风险评价分析 第十章项目节能分析 第十一章项目实施计划 第十二章项目投资计划方案 第十三章经济效益评估 第十四章招标方案 第十五章综合评价结论
风电变流器简介 风能作为一种清洁得可再生能源,越来越受到世界各国得重视,我国风能资源丰富,近几年来国家政策也大力扶持风电产业。我公司自06年成功研制第一台风电变流器以来,不断寻求技术革新严把质量关,目前已实现规模化得生产。 本文将针对市场上主流得双馈型风电变流器进行简介。 QHVERT-DFIG型风电变流器系统功能 变流器通过对双馈异步风力发电机得转子进行励磁,使得双馈发电机得定子侧输出电压得幅值、频率与相位与电网相同,并且可根据需要进行有功与无功得独立解耦控制。 变流器控制双馈异步风力发电机实现软并网,减小并网冲击电流对电机与电网造成得不利影响。 变流器提供多种通信接口,如Profibus, CANopen等(可根据用户要求扩展),用户可通过这些接口方便得实现变流器与系统控制器及风场远程监控系统得集成控制。 变流器配电系统提供雷击、过流、过压、过温等保护功能。 变流器提供实时监控功能,用户可以实时监控风机变流器运行状态。变流器可根据海拔进行特殊设计,可以按客户定制实现低温、高温、防尘、防盐雾等运行要求。 QHVERT-DFIG型风电变流器基本原理 变流器采用三相电压型交-直-交双向变流器技术,核心控制采用具有快速浮点运算能力得“双DSP得全数字化控制器”;在发电机得转子侧
变流器实现定子磁场定向矢量控制策略,电网侧变流器实现电网电压定向矢量控制策略;系统具有输入输出功率因数可调、自动软并网与最大功率点跟踪控制功能。功率模块采用高开关频率得IGBT功率器件,保证良好得输出波形。这种整流逆变装置具有结构简单、谐波含量少等优点,可以明显地改善双馈异步发电机得运行状态与输出电能质量。这种电压型交-直-交变流器得双馈异步发电机励磁控制系统,实现了基于风机最大功率点跟踪得发电机有功与无功得解耦控制,就是目前双馈异步风力发电机组得一个代表方向。 变流器工作原理框图如下所示: QHVERT-DFIG型风电变流器系统构成
风电变流器简介 风能作为一种清洁的可再生能源，越来越受到世界各国的重视，我国风能资源丰富，近几年来国家政策也大力扶持风电产业。我公司自06年成功研制第一台风电变流器以来，不断寻求技术革新严把质量关，目前已实现规模化的生产。 本文将针对市场上主流的双馈型风电变流器进行简介。 QHVERT-DFIG型风电变流器系统功能 变流器通过对双馈异步风力发电机的转子进行励磁，使得双馈发电机的定子侧输出电压的幅值、频率和相位与电网相同，并且可根据需要进行有功和无功的独立解耦控制。 变流器控制双馈异步风力发电机实现软并网，减小并网冲击电流对电机和电网造成的不利影响。 变流器提供多种通信接口，如Profibus, CANopen等（可根据用户要求扩展），用户可通过这些接口方便的实现变流器与系统控制器及风场远程监控系统的集成控制。 变流器配电系统提供雷击、过流、过压、过温等保护功能。 变流器提供实时监控功能，用户可以实时监控风机变流器运行状态。 变流器可根据海拔进行特殊设计，可以按客户定制实现低温、高温、防尘、防盐雾等运行要求。 QHVERT-DFIG型风电变流器基本原理 变流器采用三相电压型交-直-交双向变流器技术，核心控制采用具有快速浮
点运算能力的“双DSP的全数字化控制器”；在发电机的转子侧变流器实现定子磁场定向矢量控制策略，电网侧变流器实现电网电压定向矢量控制策略；系统具有输入输出功率因数可调、自动软并网和最大功率点跟踪控制功能。功率模块采用高开关频率的IGBT功率器件，保证良好的输出波形。这种整流逆变装置具有结构简单、谐波含量少等优点，可以明显地改善双馈异步发电机的运行状态和输出电能质量。这种电压型交-直-交变流器的双馈异步发电机励磁控制系统，实现了基于风机最大功率点跟踪的发电机有功和无功的解耦控制，是目前双馈异步风力发电机组的一个代表方向。 变流器工作原理框图如下所示： QHVERT-DFIG型风电变流器系统构成 变流器由主电路系统、配电系统以及控制系统构成。包括定子并网开关、整
从国家“十五”规划至今，我国风电行业已初步建立起相对比较完善的风电整机装备及部件认证体系，风电机组整机装备及部件的认证已逐步成为保证整个风电产业健康发展的重要管理手段和方法。风电产品的认证能够促进产品质量的提升、优化风电机组性能，同时加快了风电技术的改进和发展。 2014年9月，国家能源局发布《关于规范风电设备市场秩序有关要求的通知》（国能新能[2014]412号），明确提出风电行业要“加强检测认证确保风电设备质量”。文件规定，接入公共电网的风电机组及其风轮叶片、齿轮箱、发电机、变流器、控制器和轴承等关键零部件必须进行型式认证，由此可见风电机组型式认证的重要性及迫切性。 风电机组型式认证作为风电机组开发的最后一个环节，能够全面检测风电机组实际运行性能，确保后续批量投运的风电机组性能与设计指标相符，同时可以保证风电机组产品质量。因此，风电机组整机型式认证工作这一环节至关重要。本文就国内型式认证涉及内容作相关介绍和分析。 型式认证的内容 国内风电机组型式认证执行的标准是基于IEC标准和相关国家标准，同时与各认证机构专用的认证规则相结合，主要包括设计评估、型式试验和工厂审查等认证模块。型式认证是着眼于风电机组整机的设计、结构、工艺、生产、质量、性能、一致性等方面的评估和审查，目的在于确保风电机组根据设计条件、相关标准及其他技术要求进行设计输入、设计输出和验证，并由有资质和能力的整机制造商生产制造，确保风电机组按照设计要求和条件进行安装、测试、运行、维护，最终为风电机组投入市场提供技术保障。 国内型式认证关键模块 国内型式认证关键模块如图1所示。 图1：国内型式认证关键模块 一、设计评估 设计评估主要包括六个方面：载荷评估、控制和保护系统评估、部件试验验证、机械和电气部件评估、制造方案及工艺评估、安装和维护方案评估。 （一）载荷评估
Using IGBT4 Modules to realize High Power Density Design of Wind Power Converters
Oct. 2010 Power Seminar
Wind Power and Infineon Solution
22.05.2007
For internal use only
Page 2
Double Feed Induction Generator
22.05.2007
For internal use only
Page 3
Direct-Drive Synchronous Generator
22.05.2007
For internal use only
Page 4
Direct-Drive Synchronous Generator
22.05.2007
For internal use only
Page 5
Requirement of IGBT modules for wind converter
20 years design-lifetime for power semiconductors ? calculation based on load cycles given by customers based on their specific power conversion system. Clearance and creepage distances higher than for industry inverters needed in case no splash water protected cabinet is used. ? for high humidity and salt content in the air Low losses Low thermal resistances Availability of DC-link voltage ? Package, internal stray inductance. RBSOA
22.05.2007
For internal use only
Page 6
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： 12 r n n n =±2160 f n n f r p ±=
12 11 r 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，s s 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。 双馈电机转子侧接变流器，其调速的基本思想就是要在转子回路上串入附加电势，通过调节附加电势的大小、相位和相序来实现双馈调速。与传统的直流励磁同步发电机相比，双馈异步发电机励磁系统的调节量由一个变为三个，即励磁电流的幅值、频率和相位。所以，调节励磁不仅可以调节发电机的无功功率，还可以调节发电机的有功功率和转子转速。因此，该电机在提高电力系统稳定性、变速运行能力方面有着优良的特性。 2.变速恒频双馈风力发电机运行工况 2.1双馈电机在不同工作状态下的功率分布流程 从上面对双馈电机的分析，我们可以建立双馈电机在不同情况下的运行状态，并且同时分析在该种情况下的功率流程。主要讨论的是定子侧功率1P （向电网输出电能时为正，吸收电网电能时为负），转差功率s P （向电网馈送电能时为正，吸收电网电能时为负）和机械功率mec P （电机吸收机械功率为正，电机输出机械功率时为负）。 1）双馈电机运行于超同步发电机情况下： 整个风机的机械效率 同步转速
风电变流器Crowbar电阻解决方案 风力发电系统图： Crowbar电阻器-低电压穿越技术 低电压穿越：电网电压瞬间跌落时，机组仍能并网运行。 Crowbar电阻能在瞬间把巨大的能量耗散掉。 风力发电低电压运行能力线： CROWBAR电阻能量冲击波形图 500KJ 2.5Ω 冲击时间0.984S 电阻材料SUS 304, 温漂1400ppm/℃,电流峰值7KA,衰减到4.5KA
风力发电系统中电网低电压故障频度，CROWBAR电阻的工作频度： 以1.5MW风力发电机为例，环境温度＜60℃ 200J 1次/秒 220KJ 1次/30分钟 350000次 (20年寿命) 640KJ 1次/星期 1000次 (20年寿命) 1360KJ 1次/月 250次 (20年寿命) Crowbar电阻-栅格结构，自然风冷：
M = Q/(C*Δt) M：电阻材料的质量。单位：kg Q：电阻材料吸收的能量。单位：kJ C：电阻材料的比热容。单位：kJ/kg.K Δt:电阻材料的温升。单位：K 以1.5MW风力发电机为例： 电阻材料：SUS304。 Qmax=1360KJ C=0.5kJ/kg·K Δt=450K M=1360/(0.5×450)=6.04Kg 电阻材料重量：约6.04Kg 辅助材料重量：约20Kg 体积：500×450×150 （mm） Crowbar电阻-夹层结构，自然风冷:
M = Q/(C*Δt) M：电阻材料的质量。单位：kg Q：电阻材料吸收的能量。单位：kJ C：电阻材料的比热容。单位：kJ/kg.K Δt:电阻材料的温升。单位：K 以1.5MW风力发电机为例： 电阻材料：SUS304。 夹层材料：白云母板.耐温500℃ 设计电阻吸收全部能量，最高温升450K.由于瞬间云母绝 缘材料会吸收部分能量，实际电阻温升＜ 400K Qmax=1360KJ C=0.5KJ/Kg·K Δt=400K M=1360/(0.5×400)=6.8Kg 电阻材料重量：约6.8Kg 辅助材料重量：约22Kg 体积：490×320×200 （mm） Crowbar电阻-管式结构，自然风冷：
第二章风电系统PWM并网变流器 2．1直驱风力发电变流系统概述 直驱型风力发电机组需要做全功率的变流器变换"其交／直整流既可以采用ＩGBＴPＷＭ整流器,也可以采用二极管不控整流与升压斩波＂后者使用的大功率ＩＧBT开关管少,因而性价比更高"本文研究的MW级风力发电变流系统采用二极管不控整流,升压斩波与两重并网逆变器的功率变换拓扑结构"通过控制升压斩波器的输入电流以控制有功功率,调节无功则通过控制作为电网接口的电压型PWM变流器"系统变流部分拓扑如图2一1所示＂ 图2一１直驱风力发电变流系统拓扑结构 发电机采用多极永磁同步电机＂发．出的交流电的电压幅值与频率随风速的变化而改变"经电容滤波后,六相二极管桥式整流器将幅值与频率变化的交流电变换为直流"不控整流输出的卜直流电压往往
不能达到网侧逆变(ＰＷM变换）对直流侧电压的要求,需要升压斩波器提高直流侧电压＂三相电压型ＰWＭ变流器将直流电逆变为电压幅值和频率恒定的交流电馈入电网＂图2一1所示的网侧逆变器采用特殊的直流侧中点接地的拓扑结构"另外在升压斩波与网侧逆变器中间有制动单元"一旦电网电压跌落,制动单元IGBT导通,电阻消耗能量,从而减小并网电流＂网侧采用ＬCＬ滤波技术可以有效地滤除PＷＭ变换中产生的高频谐波" 系统结构具有以下特点： １.电机采用多极永磁同步结构:实现了电机的低速运转,无齿轮箱:不需励磁,无滑环和电刷;大大减少了系统的机械维护成本" ２.电机与整流桥均采用六相结构,可减小电压脉动并降低对直流侧滤波电容量的要求" 3．升压斩波器和并网逆变器采用并联多重化结构，一方面分担电流;另一方面采用合理的调制模式可以有效地抑制高频谐波" 4.PＷＭ变流器直流侧中点接地使三相电流独立控制,且对多重化结构能抑制环流,同时由于对直流电压中点的箱位降低了对直流母线绝缘性能的要求；而将直流电压分为两个独立变量,在控制上必须增加一个直流电压控制环或直流电压补偿器,加大了控制难度,且由于中线的连接,引入了零序电流＂ 5.斩波器输出之后加入了制动单元"当电网电压突然跌落时,由于风轮机的机械惯性,传递功率不变而使并网电流突增＂此时使制动
新能源发电与并网消纳技术 2018年第8期 59一种风电变流器Chopper 装置的测试方法 吴伟亮1,2 封阿明1 简优宗1,2 （1. 南瑞集团（国网电力科学研究院）有限公司，南京 211106； 2. 国电南瑞科技股份有限公司，南京 211106） 摘要 为保证电网低电压穿越故障下风电机组能正常运行，需要在风电变流器直流母线接入Chopper 装置进行短暂能量控制。本文提出一种利用现有功率测试平台和软件模拟电网低电压穿越故障的方法来测试Chopper 装置的电气性能。测试方法经济实用，具有很好的应用前景。实验结果验证了此方法的可行性。 关键词：风电变流器；Chopper 装置；低电压穿越；能量循环；经济实用 The test method for the Chopper device of wind power converter Wu Weiliang 1,2 Feng Aming 1 Jian Youzong 1,2 (1. NARI Group (State Grid Electric Power Research) Co., Ltd, Nanjing 211106; 2. NARI Technology Co., Ltd, Nanjing 211106) Abstract In order to ensure that the wind turbines can normally operate under the low voltage ride through fault of the grid, a Chopper device is necessary to access to the wind power converter DC bus for transient energy control. A method of using the existing power test platform and software to simulate the low voltage ride through fault of the grid is proposed to test the electrical performance of the Chopper device. The test method has a good application prospect because of its economy and practicality. The experimental results verify the feasibility of the proposed method. Keywords ：wind power converter; Chopper device; low voltage ride through; energy cycle; economical and practical 随着新能源的快速发展，风电能源在整个电网 所占比例越来越大，因此，电网对风力发电机组接入提出了更高的要求，其中要求风力发电机组具备低电压穿越能力（LVRT ）[1-6]，即在所连接电网发生故障导致风电场电压跌落后，风力发电机组能够 通过低电压穿越保证不间断并网运行，从而避免了 由于风电场的切出而严重影响电网系统运行稳定性 的故障发生。 当电网发生低电压穿越故障时，风力发电机组 并网点电网电压跌落，风力发电机组的能量送不出 去，同时，风力发电机组本身的大机械惯性特性， 能量会持续送往风电变流器，从而导致风电变流器 能量输入输出的短暂不平衡，如果此时不加以控制， 最终就会损坏风电变流器。为了保护风电变流器，同时实现低电压穿越功能，一般无论是双馈变流器还是全功率变流器，都会在直流母线接入Chopper 装置[7-10]。当母线电压高于设定值时，投入Chopper 装置进行能量泄放。 Chopper 装置通常由IGBT 功率模块串联泄能电阻组成，通过IGBT 的开关控制Chopper 装置的投 入，目前，在Chopper 装置设计完成后，需要对其电气性能测试，主要包括：IGBT 功率模块的电流出力短时过载能力和泄能电阻的热容能力，Chopper 在设计时是利用其短时的过载能力，一般情况下，如果要对Chopper 装置极限性能进行测试，就需要专门的低电压跌落硬件平台和变流器拖动平台。对于一般变流器厂家而言，不具备投入以上这些巨大设备的条件，只能借助风电整机厂家的测试平台或低电压认证测试机会，费钱费力。 本文提出一种风电变流器Chopper 装置的测试平台及方法，能够利用风电变流器厂家现有的功率测试装置，通过软件模拟电网低电压穿越故障，对
风电变流器 摘要：随着智能电网概念的普及，各国开始注重新能源的利用。风能，作为一种清洁的可再生能源，已开始得到大量利用。但是风能的不稳定性，非连续性也是风能利用的一大难题，风力发电要更好地将风电接网利用，必须在风机上有技术性的突破，变流器是风力发电的一大重要技术，随着风电规模的不断扩大，风电变流器也随之不断推陈出新。本文以双馈型和直驱型变流器为例浅析了风电变流器的技术问题。 关键词：智能电网风力发电双馈型变流器直流型变流器 1.智能电网 随着全球资源的逐渐稀缺、环境压力的不断增大、电力市场化进程的不断深入以及用户对电能可靠性和质量要求的不断提升,电力行业正面临着前所未有的挑战和机遇,建设更加安全、可靠、环保、经济的电力系统已经成为全球电力行业的共同目标。在主张低碳经济与可再生能源的浪潮中，风能、太阳能、生物能等将是今后能源来源的重要途径，欧美许多发达国家的电网企业正积极推进技术革新和管理转变,普遍将智能电网作为未来电网的发展目标之一。美国智能电网关注网络基础架构的升级更新，同时最大限度的利用信息技术，实现机器智能对人工的替代。欧洲智能电网关注可再生能源的分布式能源的发展，并带动整个行业发展模式的转变。中国智能电网关注对电力生产和管理信息的数字化获取和整合，促进系统安全可靠性、企业效益和服务水平的持续提高。值得注意的是我国电网公司在积极开展“数字化电网、信息化企业”建设的同时,也在密切关注全球电力行业发展的这一新动向。 智能电网，是以实现地球可持续发展为总目标，维护能源的优化利用和降低碳排放量，从而达到生态平衡和环境稳定。 2.风能及风力发电 在自然界中，风是一种可再生、无污染而且储量巨大的能源。随着全球气候变暖和能源危机，各国都在加紧对风力的开发和利用，尽量减少二氧化碳等温室气体的排放，保护我们赖以生存的地球。在自然界的能源中，风能是极其丰富的。据粗略估计，近期可以利用的风能总功率约为106～107兆瓦，这个数值比全世界可以利用的水力资源大10倍。但是，这笔巨大的自然财富还有待人类去大力开发。风力发电可分为离网型和并网型两种。离网型风力发电规模较小,通过蓄电池等储能装置或与其它能源发电技术相结合(如风电-水电互补系统、风电-柴油机组联合供电系统),可以解决偏远地区的供电问题;并网型风力发电是指接入电力系统运行且规模较大的风力发电场,并网运行的风力发电场可以得到大电网的补偿和支撑,更加充分地开发可利用的风力资源,是风力发电的主要发展方向。
第二章风电系统PWM并网变流器 2.1直驱风力发电变流系统概述 直驱型风力发电机组需要做全功率的变流器变换"其交/直整流既可以采用IGBTPWM整流器,也可以采用二极管不控整流与升压斩波"后者使用的大功率IGBT开关管少,因而性价比更高"本文研究的MW 级风力发电变流系统采用二极管不控整流,升压斩波与两重并网逆变器的功率变换拓扑结构"通过控制升压斩波器的输入电流以控制有功功率,调节无功则通过控制作为电网接口的电压型PWM变流器"系统变流部分拓扑如图2一1所示" 图2一1直驱风力发电变流系统拓扑结构 发电机采用多极永磁同步电机"发.出的交流电的电压幅值与频率随风速的变化而改变"经电容滤波后,六相二极管桥式整流器将幅值与频率变化的交流电变换为直流"不控整流输出的卜直流电压往往
不能达到网侧逆变(PWM变换)对直流侧电压的要求,需要升压斩波器提高直流侧电压"三相电压型PWM变流器将直流电逆变为电压幅值和频率恒定的交流电馈入电网"图2一1所示的网侧逆变器采用特殊的直流侧中点接地的拓扑结构"另外在升压斩波与网侧逆变器中间有制动单元"一旦电网电压跌落,制动单元IGBT导通,电阻消耗能量,从而减小并网电流"网侧采用LCL滤波技术可以有效地滤除PWM变换中产生的高频谐波" 系统结构具有以下特点: 1.电机采用多极永磁同步结构:实现了电机的低速运转,无齿轮箱:不需励磁,无滑环和电刷;大大减少了系统的机械维护成本" 2.电机与整流桥均采用六相结构,可减小电压脉动并降低对直流侧滤波电容量的要求" 3.升压斩波器和并网逆变器采用并联多重化结构,一方面分担电流;另一方面采用合理的调制模式可以有效地抑制高频谐波" 4.PWM变流器直流侧中点接地使三相电流独立控制,且对多重化结构能抑制环流,同时由于对直流电压中点的箱位降低了对直流母线绝缘性能的要求;而将直流电压分为两个独立变量,在控制上必须增加一个直流电压控制环或直流电压补偿器,加大了控制难度,且由于中线的连接,引入了零序电流" 5.斩波器输出之后加入了制动单元"当电网电压突然跌落时,由于风轮机的机械惯性,传递功率不变而使并网电流突增"此时使制动
故障分类可能故障故障报警 主板故障1、A/D芯片故障，导致采样异常。 2、通用I/O故障，导致无控制输入输出。 3、板上电源故障，导致部分芯片无法正 常工作。 4、DSP芯片故障，系统瘫痪。 5、EPWM输出故障，驱动异常。1、过欠压，过欠流，或相序错误。 2、反馈异常。 3、不定。 4、无法启动。 5、励磁失败。 驱动电路故障1、电/光转换电路故障。 2、光纤超限折弯，信号无法输出。 3、光/电转换故障。 4、驱动板输出故障。1、励磁失败。 2、励磁失败。 3、励磁失败。 4、励磁失败。 IGBT故障1、IGBT烧毁。 2、IGBT反馈信号电路故障。1、IGBT故障/过流。 2、IGBT故障。 辅助电源故障1、给主板供电的辅助电源故障，系统瘫 痪。 2、采样电路供电的辅助电源故障，采样 有误。 3、驱动板供电的辅助电源故障，IGBT 无法被驱动。 4、给继电器供电的辅助电源故障，继电 器不动作。1、主控无供电。 2、过欠压，过欠流，或相序错误。 3、励磁失败。 4、反馈异常。 Chooper电路故障1、Chooper电路无法驱动，不能进行放 电。 2、Chooper电路IGBT烧毁，不能进行 放电。 3、Chooper电路处于常导通状态，无法 为母线充电。1、chooper IGBT故障。 2、chooper IGBT故障。 3、母线欠压。 电缆故障1、对地短路。 2、对地高阻故障，三相不平衡。 3、相间短路。1、欠压，过流，缺相。 2、欠压，过流，缺相。 3、烧毁。 通信故障1、DSP与PLC通信故障，系统命令无 法下达，停机。 2、触摸屏通信故障，无法本地操作。 3、与主控通信故障，系统停机。1、通信故障，或反馈异常。 2、无故障报警。触摸屏无法操作。 3、与主控通信故障。 采样电路故障1、电压/电流传感器损坏，数据异常。 2、M线受干扰，采样异常。1、欠压，欠流，缺相。 2、过欠压，过欠流，或相序错误。 接触不良故障1、主回路接触不良。 2、控制回路接触不良。 3、光纤接触被污染。1、欠压，欠流，缺相。 2、不定。 3、励磁失败。 其他故障1、元件损坏，如继电器、接触器等。 2、软件故障，因低温或雷击等导致程序 丢失。 3、加热器故障，导致系统无法启动。