GE15S型风电机变频器介绍

1、第1页神华国华能源投资有限公司锡林郭勒分公司题题 目：目：GE1.5SGE1.5S型风电机变频器介绍型风电机变频器介绍 主讲人：张桑鹏主讲人：张桑鹏1 1、变频器的作用、变频器的作用 电机的旋转速度取决于电机的极数和频率。由电机的工作原理决定电机的极数是固定不变的。由于该极数值不是一个连续的数值，所以一般不适和通过改变该值来调整电机的速度。而频率能够在电机的外面经过变频器调节后再供给电机，这样电机的旋转速度就可以被自由的控制。 变频器可以提高电网功率因数。无功功率增加了线路的损耗和设备的发热，从而会导致大量的电能消耗在线路当中，设备使用率下降。变频设备使用后，不但减少了电网线路上的损耗，同时可

2、以提高电网的功率因数。 GE1.5S型风电机采用双馈异步发电机，极对数为2，因此其额定转速为1500rpm（n=60f/p），当发电机转速低于额定转速时，定子产生的电频率小于50Hz，为补偿减少的这部分频率，转子将通过变频器从电网取电，以加速磁场变化，从而保证发出的电恒频50HZ；当转速超过1500rpm时，定子产生的频率大于50Hz，为使频率频率保持在50Hz，将有一部分电能通过转子和变频器送入电网。在整个过程中，定子一直处于发电状态。2 2、变频器的结构、变频器的结构GE可变速的风电机采用四象限IGBT变频器。变频器主要由以下元件组成：1、电网侧变频器；2、直流电中间电路；3、发电机侧变频

3、器；4、IGBT（绝缘双极晶闸管）模块及控制电子元件。 这意味着四象限变频器实际上包括两个变频器。这个结构使得能量从两个方向流动。能量既可以供给电网，也可以从电网提取，变频器最重要的是电子开关，这就是快速作用的半导体组件既所谓的IGBT。 IGBT是绝缘栅双级晶体管的简写。IGBT是一个半导体组件正广泛使用的功率电子元件，因为它们结合了二级管（良好的传输性能）和场效应晶体管。IGBT可通过高电流，阻塞高电压。IGBT仅受ON和OFF两个指令控制，通过复杂的控制电子元件完成指令的操作。IGBT模块作用和优点：截断过电压，允许大电流通过，控制状态只有开和关两种状态。 GE1.5S风电机的变频器，主

4、要由电网侧变频器、发电机转子侧变频器组成，电网侧变频器通过IGBT模块的整流，将输入的三相交流电整流为所需的直流电，为转子侧逆变器供电。转子侧变流器包含IGBT 的逆变器模块，将直流电逆变为产生转子磁场所需频率和幅值的三相交流电，向转子绕组供电。转子侧变流器控制对象为转矩和无功功率，通过对转矩的控制实现对发电机有功功率的控制，同时发电机超同步运行时，转子也可以发电。3 3、变频系统组成：、变频系统组成： 主要由三个柜子组成，习惯上称作为：变频柜、滤波柜、冷却柜组成。变频柜冷却柜滤波柜4 4、变频柜内的控制板、变频柜内的控制板 从图可以看出变频器回路主要包括：线路变频器IGBT、转子变频器IGB

5、T、直流充电电容，控制板包括“MACC”、“AEPS”、“AEAA”、“AEBI-1”、“AEBI-2”板。“MACC”为变频控制单元的“CPU”，负责发出指令，“AEPS”为电源板为其它控制板供电，“AEAA”为信号输入输出板，负责采集反馈信号及输出控制信号等，“AEBI-1”控制线路侧IGBT，“AEBI-2”控制转子侧IGBT。AEBI-1AEAAMACCAEBI-2AEPS接触器和接线端子电容器组线路侧单向IGBT转子侧双向IGBT电容器组散热风扇温控器5 5、变频滤波柜、变频滤波柜 变频滤波柜主要包括两个电抗器（线路侧一个、转子侧一个）、dv/dt滤波器、MA接触器、直流充电单元、C

6、ROWBAR等。结构图如下： 电抗器和滤波器确保通过电网侧的变频器供给电网电压和电流达到要求的质量，减少谐波。dv/dt滤波器是一个感性、容性和电阻元件的结合体，用于降低电压升高速度，过快的电压升高速度，在发电机转子绕组上会产生不允许的过电压，会使绝缘损坏。 MA接触器转子侧电抗器线路侧电抗器滤波电容Crowbar 电感直流充电装置线路连接及保险6 6、变频冷却柜介绍、变频冷却柜介绍 因变频柜内有大量电子元件，当运行时会产生热量，而变频柜内电子元件又要防尘，密闭性要好，因此设计此柜专门为变频柜散热，此柜内有两套散热系统，一套是风冷，一套是水冷。风冷系统是通过此柜内侧面小风扇将变频柜内热量带至此

7、柜，再通过大风扇将热量带出此柜来实现冷却。水冷系统是冷却液在冷却液箱内经过热交换器送至变频器冷却液循环泵，循环泵再将冷却液输送至变频柜IGBT下面的散热装置，经过IGBT下面的散热装置后再送至散热器散热，通过冷却液循环来把热量带出。热交换器散热风扇冷却液箱冷却循环泵风冷装置 鼠笼式异步发电机由定子励磁建立磁场时，需要消耗无功功率一般型风力发电机组在控制柜内加装并联电容,减少从电网吸收的无功功率，改善风力发电机出口的功率因数。 MFR13测量电压和频率并将它们与限定值进行比较，如果超过或远低于限定值，接触器将触发一个信息给PLC，然后PLC将发电机与电网断开，风机停机。更重要的是，它可以从输入量

8、中计算有功和无功。 同步开关:用于将发电机定子连接到电网,同时在发电机过负荷和短路情况下起安全保护作用。同步开关受变频器控制。 发电机转速编码器:发电机转速编码器安装在滑环末端的盖子上，用于监视速度并向控制装置及整个风机提供速度信息，具体过程为：把转速信号发给PLC，同时将相位角信号发给变频器进行比较，只有满足要求才能并网。7 7、变频器运行原则：、变频器运行原则： 从电网取电时，网侧变频器将电网交流电变成脉冲直流电，并存储到电容中，发电机侧变频器将来自电容的直流电变成交流电送到转子。过同步状态与以上过程相反。 运行模式有三种情况：低同步状态：10801499rpm同步状态：1500rpm过同

9、步状态：15011800rpm 不同类型风电机有不同的共振频率区，GE1.5S风电机共振频率区在14501670rpm。在共振频率持续时间过长,风电机就有被刮断的危险，所以在设置风电机数据时，将设定为达到1450rpm时，发电机转速下降，然后迅速上升到1670rpm，越过了共振频率区。8 8、变频器的优点、变频器的优点功率只需设计到过去风电机全变频功率的30%即可满足要求。更适合于变桨调节。具有减震功能。对机械元件的影响更小。系统总效率更高。9、变频柜原理图、变频柜原理图电容充电回路转子电流流通回路电网侧发电机侧 从上图中我们可以看出此图包括两条回路，一条是电容充电回路，另一条是转子电流流通回

10、路。电容充电回路：从变频滤波柜MA接触器上口取三相690V电压后，经过整流回路整流，送至变频柜内电容组两端，给电容充电，同时从电容组两端引出直流电源给“AEPS”板供电，再经过“AEPS”板变压后给变频柜内其它控制板供电。转子电流流通回路：线路侧电能经过MA接触器，再经过dv/dt滤波器及线路侧电抗器送至线路侧IGBT，流过线路侧IGBT后经过电容组送至转子侧IGBT，再经过转子侧电抗器及CROWBAR送至发电机转子。GE可变速的风电机采用四象限IGBT变频器，这个结构使得能量可以从两个方向流动。能量既可以供给电网，也可以从电网提取。1010、常见、常见141141故障的检修方法：故障的检修方

11、法：风电机出现141告警不能通过自身复位掉，该故障是GE风电机组较难处理的故障，其涉及范围比较广，通常在处理时无从下手。以下是141故障现象及对应故障的常见处理方法。 1、启动风电机后发电机刚有100-400转的转速时风电机出现141告警，这种故障的一般原因是发电机的编码器故障而导致，可以通过紧固编码器接线或者更换编码器排除故障。2、当发电机转速在MA接触器吸合而crowbar没有吸合时出现141告警，导致这种类型告警的原因有以下几种情况如：AEAA电路板损坏；MACC电路板损坏；转子侧AEBI电路板损坏；转子侧IGBT损坏；转子侧电抗器损坏（转子侧电抗器损坏有可能导致转子侧IGBT发生爆炸）

12、；crowbar损坏（crowbar触点不分离的原因可能由于风电机长期运行使crowbar的动触点和静触头拉弧而粘合在一起，这种情况用一字螺丝刀捅开三个触头就可以）。提供给Crowbar接触器线圈的电源是不正常(来自AEAA板卡的K4-COM端和P17插头)，如果不正常断定接线没问题，通过更换AEAA板、MACC板或者Crowbar接触器排除故障。电路图如下图： 元器件接线松动（可以先检查X4.1端子排的21端子是否有230V交流电，如果没有排查整个回路）。具体电源回路是通过37端子使K2继电器线圈带电，K2触电吸合，电源通过K2触电与37触电同时给储能电机供电，使储能电机动作，给主开关储能，

13、储能完毕后X13端子排的3、4端子导通，K1继电器线圈带电，将储能回路断开。电路图如下所示： 3、故障现象：Crowbar吸合正常，但同步开关不动作，不能正常并网，即使并了网马上又会出现此故障，但能复位。 断电（7Q3、4Q4）并拉开35KV跌落熔断器，调节微开关的间隙（正常为1.3mm）。微开关是同步开关的重要组成部分，因同步开关的每次分、合微开关都需要做出相应的通断.按下述要求判断微开关是否损坏：按下述要求判断微开关是否损坏：当同步开关在储能状态，用尖嘴钳将跳闸线圈拔出，此时测量X13端子排都导通。当同步开关在不储能状态，用尖嘴钳将跳闸线圈拔出，此时测量X13端子排都不导通。当同步开关在储

14、能状态， 跳闸线圈不拔出，此时测量X13端子排的3与4导通，5与6、7与8不通。这种类型故障的原因也有以下几方面：同步开关本体损坏；当同步开关并网时发出第一次响声（同步开关并网会听见两次响声）或并网以后在脱网时出现 141告警，这种情况一般是同步开关的微开关间隙不符合要求（微开关间隙为1.3mm）；同步开关的储能电机损坏导致同步开关不储能从而使同步开关不能吸合；同步开关的控制盒损坏；同步开关储能电机储能不到位或损坏而不能储能；合闸线圈烧坏；检查同步开关侧面三个接线插头是否插紧，以及给储能电机提供230V交流电压是否正常。 跳闸线圈 微动开关 X13端子排控制回路插头 4、当发电机并网之后，功率

15、不断增加时出现141故障，有以下几点原因：集电环轨道与主碳刷接触不良，通过打磨集电环轨道或者更换集电环排除故障。发电机引出线断裂，可以打开观察孔进行初步断定，再进行发电机直阻测试确定发电机引出线好坏，如果引出线断裂重新接线排除故障。发电机的转速传感器损坏或传感器间隙不符合运行要求（运行要求为3mm） 。 5、MA接触器不动作原因有两点：1.MA接触器自身由于动作次 数过多导致机械卡死。2.提供给MA接触器的电源不正常(来自AEAA板卡的K1-COM端和P11插头)，如果不正常断定接线没问题，通过更换AEAA板、MACC板或者AEBI板排除故障。电路图如下图： 6、当发电机转速达到1100Rpm

16、左右时风机报出故障【EM112】Feedback signal from CCU,滤波柜的MA接触器和CrowBar无任何动作。可能出现的故障点为AEPS本身损坏或AEPS供电单元上的几个小保险有可能烧损。 7、出现112告警一般也有可能是因为风电机在运行中产生的热量不能有效的通过冷却系统散发，致使风电机变频系统温度过高而导致风电机停机。112告警80%以上的原因都是因为冷却风扇电机或冷却循环泵电机损坏造成，冷却风扇电机损坏的情况会更多一些。112故障现象： 1、风电机并网时冷却风扇电机不能正常工作 2、冷却循环泵电机不打压 3、故障告警没有明显现象故障原因： 1、出现风电机并网时冷却风扇电机

17、不能正常工作的原因：冷却风扇电机损坏;冷却风扇电机的电容损坏；冷却风扇电机扇叶损坏；冷却风扇电机没有电源输入；如果不是以上原因，而且电机电源正常，可以检查AEAA板卡的K8线圈有没有闭合，（测量变频柜端子排的16端子和8端子电压）电路图如下所示，如果没有闭合可以更换AEAA板卡排除故障。 2、出现冷却循环泵不打压的原因：风电机组在正常状态下冷却液循环泵应该一直处于运行状态，当冷却液循环泵无压力或者不工作，首先排除是不是由于没有冷却液导致循环泵不工作，如果不是由于冷却液缺少引起的故障，此类故障的一般原因有：冷却液循环泵损坏，通过更换冷却液循环泵排除故障。变频柜温度不够导致，由于冬天温度较低打开变

18、频柜柜门时间长会导致柜内温度急剧下降，当启动风电机时发现板卡没电，如遇到该情况可以用热风枪给变频柜加热，或者调低红色温控器温度排除故障。冷却循环泵电机损坏；冷却液容量不够；冷却循环电机密封圈损坏造成大量冷却液泄露；控制冷却循环泵电机打压的继电器损坏；冷却循环泵电机有无电源输入。 3、一些不常见的原因如：冷却系统发生堵塞使冷却液不能流通冷却系统；IGBT损坏；冷却液散热片损坏。如果不是冷却液循环泵的原因，而且冷却液循环泵电源正常，可以检查AEAA板卡的K7线圈有没有闭合，（测量变频柜端子排的15端子和13端子电压），电路图如下图所示，如果没有闭合可以更换AEAA板卡排除故障。还有可能出现的故障点：还有可能出现的故障点： 当风机报出故障【EM105】Rotor CCU fault voltage 时可能出现的故障点为AEAA本身出现问题或监测电压的1X7.2端子出现问题。当风机报出故障【EM106】Generator CCU fault current 时可能出现的故障点为机侧AEBI损坏（与线路AEBI板调换，可以判断出板卡的好坏）或转子侧双向IGBT可能被击穿，需测量内阻。 当风机报出故障【EM114】Line CCU fault current 时可能出现的故障点为网侧AEBI损坏（与机侧AEBI板调