中壓全功率變流器在風(fēng)電場中的應(yīng)用_第1頁
中壓全功率變流器在風(fēng)電場中的應(yīng)用_第2頁
中壓全功率變流器在風(fēng)電場中的應(yīng)用_第3頁
中壓全功率變流器在風(fēng)電場中的應(yīng)用_第4頁
中壓全功率變流器在風(fēng)電場中的應(yīng)用_第5頁
已閱讀5頁,還剩2頁未讀, 繼續(xù)免費閱讀

下載本文檔

版權(quán)說明:本文檔由用戶提供并上傳,收益歸屬內(nèi)容提供方,若內(nèi)容存在侵權(quán),請進(jìn)行舉報或認(rèn)領(lǐng)

文檔簡介

1、胡緒超 林章 北京ABB電氣傳動系統(tǒng)有限公司摘要:風(fēng)電系統(tǒng)對中壓大功率變流器的需求日益增加,大功率變流器已引起人們極大的興趣。本文介紹了PCS 6000在風(fēng)力發(fā)電中的應(yīng)用,重點介紹了ABB PCS 6000中壓全功率變頻器的特性。關(guān)鍵詞:中壓變頻器PCS 6000風(fēng)力發(fā)電 IGCT圖1繞線式異步發(fā)電機(jī)+全功率變頻器系統(tǒng)圖 圖2 永磁發(fā)電機(jī)+全功率變頻器系統(tǒng)圖1. 引言海上風(fēng)電由于其資源豐富、風(fēng)速穩(wěn)定、對環(huán)境的負(fù)面影響較少,允許機(jī)組制造更為大型化,從而可以增加單位面積的總裝機(jī)量,可以大規(guī)模開發(fā)等優(yōu)勢,一直受到風(fēng)電開發(fā)商的關(guān)注。但是就目前情況來看,雙饋型風(fēng)力發(fā)電機(jī)仍占主流,然而全功率風(fēng)力發(fā)電機(jī)組以

2、其固有的優(yōu)勢受到了越來越多的關(guān)注,但是隨著風(fēng)力發(fā)電機(jī)的單機(jī)容量不斷增大,受功率器件材料的耐壓極限和制作工藝的限制,同時單一功率器件的容量也是有限的,全功率變流器的設(shè)計和制造是電網(wǎng)友好型風(fēng)力發(fā)電機(jī)的一個重點和難點,它對于整個系統(tǒng)的穩(wěn)定、高效運行至關(guān)重要。同時對于當(dāng)今先進(jìn)水平的多兆瓦級風(fēng)電機(jī),中壓技術(shù)是處理其額定功率的理想之選,可將發(fā)電機(jī)、變流器及電纜的損耗降至最低。中壓系統(tǒng)能夠降低電流值,不但節(jié)省空間、減少布線,更減小系統(tǒng)損耗。與性能有限的交流解決方案相比,中壓全功率變流器還允許對風(fēng)電機(jī)的轉(zhuǎn)速與功率實施最大限度的控制;此外,中壓全功率變流器的另一重要特性是能以高效策略應(yīng)對電網(wǎng)故障。2. 全功率動

3、力驅(qū)動系統(tǒng)方案全功率動力驅(qū)動系統(tǒng)方案具有優(yōu)秀的低(零)電壓穿越能力和良好的功率調(diào)節(jié)特性,能很好的應(yīng)對電網(wǎng)故障和調(diào)節(jié)上網(wǎng)的有功和無功功率。目前流行的全功率風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的動力驅(qū)動系統(tǒng)主要兩種方案:一種是升速齒輪箱+繞線式異步發(fā)電機(jī)+ 全功率變頻器;一種是無齒輪箱的直接驅(qū)動低速永磁發(fā)電機(jī)+全功率變頻器。2.1 升速齒輪箱+繞線式異步發(fā)電機(jī)+ 全功率變頻器其結(jié)構(gòu)如圖1所示。該動力驅(qū)動系統(tǒng)優(yōu)點是采用可靠的異步發(fā)電機(jī),發(fā)電機(jī)結(jié)構(gòu)簡單,免維護(hù)。既沒有雙饋的滑環(huán)和電刷系統(tǒng),不需要更換電刷和清理滑環(huán);也沒有直驅(qū)機(jī)組的磁鋼退磁問題。機(jī)組維護(hù)簡單,運行可靠性高。缺點是增加了升速齒輪箱,維護(hù)量大,維護(hù)成本高。2.2

4、無齒輪箱的直接驅(qū)動低速永磁發(fā)電機(jī)+全功率變頻器其結(jié)構(gòu)如圖2所示。該動力驅(qū)動系統(tǒng)優(yōu)點是沒有升速齒輪箱,葉輪直接驅(qū)動低速發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子,故障率低,降低維護(hù)工作量,運行效率高。由于發(fā)電機(jī)定子繞組不直接與電網(wǎng)相連,而是通過變頻器連接,因此電機(jī)額定轉(zhuǎn)速可以降低,使電機(jī)極數(shù)減少至合理值。缺點是采用低速永磁發(fā)電機(jī),國內(nèi)的生產(chǎn)工藝還不夠成熟,體積大,吊裝、安裝成本偏高,定子繞組絕緣等級要求高,制造成本高。目前大部分全功率風(fēng)電機(jī)組都采用永磁發(fā)電機(jī)方案,既無齒輪箱的直接驅(qū)動低速永磁發(fā)電機(jī)+全功率變頻器,但由于異步發(fā)電機(jī)的運行可靠、價格低等優(yōu)勢,使得異步發(fā)電機(jī)+全功率變頻器方案備受關(guān)注。PCS 6000采用三電平四象限

5、全功率的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu),不但滿足永磁發(fā)電機(jī)+全功率變頻器的方案,而且匹配異步發(fā)電機(jī)+全功率變頻器的方案。圖3 變頻器現(xiàn)場安裝布局 圖4 變頻器功率柜3. ABB中壓全功率風(fēng)電變頻器PCS 6000風(fēng)電變頻器PCS 6000是一款38MVA風(fēng)電機(jī)組電網(wǎng)連接的理想的變頻器,它沿用了ABB 6000系列的水冷方式,基于功率器件集成門極換流晶閘管(IGCT)并聯(lián)技術(shù),以其大功率密度、高可靠性為風(fēng)電機(jī)組提供最優(yōu)方案。其緊湊的結(jié)構(gòu),為客戶提供簡潔的布局方案,圖3展示了現(xiàn)場的安裝布局。3.1 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)風(fēng)電變頻器PCS 6000含有兩個通過直流連接的功率單元,既網(wǎng)側(cè)變流器和機(jī)側(cè)變流器,其硬件結(jié)構(gòu)完全一致。發(fā)電機(jī)通過

6、PCS 6000連接電網(wǎng)的升壓變壓器,系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖5所示。該系統(tǒng)圖還包含了網(wǎng)側(cè)濾波器、VLU(voltage limit unit)和機(jī)側(cè)濾波器。機(jī)側(cè)濾波器作用是為了降低發(fā)電機(jī)側(cè)的電壓尖峰,從而避免發(fā)電機(jī)過壓,損壞電機(jī)。而網(wǎng)側(cè)濾波器是一個LC濾波器,同時包含了一個特別的阻尼電路,降低電網(wǎng)側(cè)的低次諧波,來滿足電網(wǎng)的要求。并聯(lián)在中間直流環(huán)節(jié)的VLU單元,其作用是在電網(wǎng)發(fā)生穿越時保護(hù)直流單元正常工作,避免發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)矩隨著電網(wǎng)的波動而振動。在發(fā)電機(jī)側(cè)變流器(INU)和發(fā)電機(jī)斷路器之間還并聯(lián)了一個預(yù)充電單元,通過預(yù)充電單元把直流母線電壓沖到額定值,之后網(wǎng)側(cè)變流器(ARU)啟動并與電網(wǎng)同步,這樣就保證閉合網(wǎng)

7、側(cè)斷路器的時候,沒有沖擊電流,實現(xiàn)軟啟的功能。由于風(fēng)電變頻器PCS 6000采用了三電平的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu),和傳統(tǒng)的兩電平電壓型變頻器相比較有著固有的優(yōu)勢:電流波動小和更好的諧波曲線,從而減小發(fā)電機(jī)的轉(zhuǎn)矩振動對齒輪的沖擊。同時PCS 6000采用了集成的冷卻系統(tǒng),該系統(tǒng)由水/空氣熱交換器和閉環(huán)冷卻回路組成。冗余冷卻泵可以自動切換,確保無故障運行,延長零部件維修間隔;在起動與運行中,集成的熱交換器旁通閥將冷卻水溫維持在最佳水平。3.2 技術(shù)特點(1)變流器緊湊度高。電壓限制單元、充電單元、水冷單元都集成在PCS 6000柜內(nèi);8MVA只需26塊集成門極換流晶閘管(IGCT),增加可靠性;適合安裝在塔架內(nèi)

8、部的單一平臺上。(2)U/F模式??蛇M(jìn)行發(fā)電機(jī)電動工況下的全速試驗,出廠前以額定電流和速度高效測試風(fēng)電機(jī)各組件。充當(dāng)驅(qū)動器的變流器可在全部4象限內(nèi)運行,提供雙向電流并全面控制無功功率。(3)I/F模式。精確轉(zhuǎn)子定位功能,直升機(jī)可以更安全的接近風(fēng)電機(jī),為風(fēng)電機(jī)安裝與維護(hù)提供便利。(4)主動傳動系阻尼功能。可將發(fā)電機(jī)從電網(wǎng)解列,最大限度減輕破壞性峰值扭矩造成的沖擊,避免了電網(wǎng)擾動時或擾動后對齒輪的沖擊。它還能消除整個轉(zhuǎn)速范圍內(nèi)的嚴(yán)重系統(tǒng)振蕩,生成平滑的扭矩曲線。(5) 軟啟功能。自動啟動變流器預(yù)充電、變壓器預(yù)磁化及零電流電網(wǎng)同步,實現(xiàn)無沖擊并網(wǎng),嚴(yán)格遵守電網(wǎng)規(guī)范。(6)無與倫比的諧波性能。變流器內(nèi)

9、置的算法可消除29次以下的諧波,滿足電網(wǎng)的相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)。(7)有功和無功全控功能。即使連接較弱的電網(wǎng),通過有功和無功的動態(tài)調(diào)節(jié)也可以最佳地穩(wěn)定電壓與頻率。(8)穿越功能。電網(wǎng)出現(xiàn)重大擾動時,通過啟動制動斬波器,把產(chǎn)生的能量消耗在并聯(lián)的電阻上,確保風(fēng)電機(jī)不脫;當(dāng)故障解除時,風(fēng)電機(jī)即按相關(guān)電網(wǎng)規(guī)范,平滑并網(wǎng)。變頻器可以實現(xiàn)發(fā)電機(jī)和電網(wǎng)的完全解耦,減小發(fā)電機(jī)期間的壓力。圖5變頻器系統(tǒng)簡圖 圖6 變頻器冷卻系統(tǒng)簡圖圖7 系統(tǒng)控制簡圖 圖8 ABB Commissioner圖9 遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)簡圖 圖10 無功補(bǔ)償簡圖圖11 無功雙向補(bǔ)償簡圖 圖12 U/Q特性曲線圖13 過勵磁下的感性無功響應(yīng) 圖14 電壓

10、平衡跌落70%圖15 直流充電波形(9)風(fēng)機(jī)超速保護(hù)。變頻器以弱磁模式工作,維持發(fā)電機(jī)在超速情況下在網(wǎng)并發(fā)出最大功率。(10) 免熔斷器設(shè)計。海上風(fēng)機(jī)發(fā)生故障時,一旦故障排除,可立即遠(yuǎn)程重啟,不必赴現(xiàn)場更換熔斷器。3.3 PCS 6000控制系統(tǒng)圖7展示了PCS 6000的控制系統(tǒng)??刂坪捅O(jiān)控系統(tǒng)、外部接口和測量設(shè)備等都位于控制柜中。核心控制器800 PEC,它是ABB的一款高性能處理控制系統(tǒng)。800 PEC控制器通過Control Builder M 配置和編程的,基于組合式的最優(yōu)解決方案:高速響應(yīng)電力電子器件請求;低速處理PLC任務(wù)。800 PEC內(nèi)部集成了Anybus通信模塊, 與上位機(jī)

11、進(jìn)行通訊; 通過ABB Commissioner對PCS 6000進(jìn)行操作和故障分析;也可以通過以太網(wǎng)可以進(jìn)行遠(yuǎn)程監(jiān)控變頻器的實時數(shù)據(jù)、狀態(tài)和命令,這對于海上風(fēng)機(jī)顯得尤為重要。通過對ABB的信息診斷分析系統(tǒng)(DIAS)的監(jiān)控,任何故障都可以得到來自瑞士技術(shù)中心團(tuán)隊提供的優(yōu)質(zhì)服務(wù)。圖16 無功補(bǔ)償模式下電壓、電流的波形4. 滿足電網(wǎng)準(zhǔn)則盡管國家電網(wǎng)不斷提高風(fēng)電場入網(wǎng)的準(zhǔn)則,要求風(fēng)電機(jī)組具有無功補(bǔ)償、電壓調(diào)節(jié),低電壓穿越等功能,ABB始終以其不斷完善、銳意創(chuàng)新的變流技術(shù)滿足當(dāng)前乃至未來的電網(wǎng)規(guī)范要求。4.1 無功補(bǔ)償原理為了向電網(wǎng)提供無功功率,需要一個電壓可變的電壓源和一個電感,比如一個變壓器,如

12、圖10所示。UComp代表了補(bǔ)償?shù)淖冾l器,UGrid代表了電網(wǎng),感抗XT代表了變壓器的漏抗,UT表示經(jīng)過變壓器的電壓降,它也決定了UComp向UGr id補(bǔ)償?shù)臄?shù)量。由電壓降UT可以直接得到電網(wǎng)的電流I Gr id=UT/XT,I Gr idUGr id就是變頻器需要向電網(wǎng)補(bǔ)償?shù)墓β?。圖11給出了電網(wǎng)電壓恒定的情況下的兩種補(bǔ)償簡圖。左邊的圖說明在UCompUGr id的情況下,I Gr id被定義為容性;右邊的圖說明UCompUGrid的情況下,IGrid被定義為感性。由此可知, PCS6000可以看作成UComp因此可以向電網(wǎng)動態(tài)的補(bǔ)償無功。4.2 電壓控制電壓由一個比例控制器所控制,圖12所示。與電壓相關(guān)的有UO和增益N(數(shù)值可以由U/Q的特性回滯曲線得到)能被上位機(jī)控制并調(diào)節(jié)。電網(wǎng)電壓的測量值被反饋到上位機(jī),無功功率隨著電壓的設(shè)定點進(jìn)行調(diào)解。當(dāng)控制著兩臺或者更多臺并聯(lián)的PCS6000的時候,通過調(diào)節(jié)設(shè)定點UO和回滯比例N可以控制每臺變頻器的電壓。一個經(jīng)過擾動的系統(tǒng)想要母線電壓恢復(fù)到正常值,比如有一個很大的負(fù)載變化,這時電壓能夠很快的恢復(fù)。典型的響應(yīng)時間為5070ms。下面的參數(shù)應(yīng)用于U/Q特性回滯曲線,見表1。表15. 仿真結(jié)果風(fēng)機(jī)額定功率5MW過勵磁下的感性無功響應(yīng):電壓平衡跌落70響應(yīng):6. 應(yīng)用案例某風(fēng)電公司研發(fā)的6 MW風(fēng)機(jī)使用了PCS

溫馨提示

  • 1. 本站所有資源如無特殊說明,都需要本地電腦安裝OFFICE2007和PDF閱讀器。圖紙軟件為CAD,CAXA,PROE,UG,SolidWorks等.壓縮文件請下載最新的WinRAR軟件解壓。
  • 2. 本站的文檔不包含任何第三方提供的附件圖紙等,如果需要附件,請聯(lián)系上傳者。文件的所有權(quán)益歸上傳用戶所有。
  • 3. 本站RAR壓縮包中若帶圖紙,網(wǎng)頁內(nèi)容里面會有圖紙預(yù)覽,若沒有圖紙預(yù)覽就沒有圖紙。
  • 4. 未經(jīng)權(quán)益所有人同意不得將文件中的內(nèi)容挪作商業(yè)或盈利用途。
  • 5. 人人文庫網(wǎng)僅提供信息存儲空間,僅對用戶上傳內(nèi)容的表現(xiàn)方式做保護(hù)處理,對用戶上傳分享的文檔內(nèi)容本身不做任何修改或編輯,并不能對任何下載內(nèi)容負(fù)責(zé)。
  • 6. 下載文件中如有侵權(quán)或不適當(dāng)內(nèi)容,請與我們聯(lián)系,我們立即糾正。
  • 7. 本站不保證下載資源的準(zhǔn)確性、安全性和完整性, 同時也不承擔(dān)用戶因使用這些下載資源對自己和他人造成任何形式的傷害或損失。

評論

0/150

提交評論