變流器由4個單柜組成，分別為：控制柜、電抗器柜、IGBT1柜、IGBT2柜。控制柜內部主要是二次系統和網側斷路器；電抗器柜內是電抗器、制動單元；IGBT1柜內是功率模塊，網側逆變部分；IGBT2柜內是功率模塊，機側整流部分。變流器總的控制目標就是把發電機發出不同頻率、幅值和相位的電流轉換成與電網兼容的電能。

本文主要從散熱系統、回路部分、變流安全鏈、控制系統四個部分介紹變流系統，這四個方面也是跟現場工作聯系比較密切的。

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冷卻控制柜由冷卻循環系統和測量控制系統兩部分組成。冷卻循環系統以高壓循環泵為動力源。循環泵通過管路把冷卻液送入變流控制柜中，再把冷卻液通過管路抽出，把冷卻液送入風機外的空氣散熱器進行冷熱交換，散熱后的冷卻液再由循環泵送入變流柜中。這樣完成一次冷卻循環。在冷卻系統室內管路和室外管路之間設置了一個電動三通閥。冷卻控制柜的測量控制系統根據當前冷卻液的溫度值自動的調節電動三通閥的閥位，從而有比例的調節循環冷卻液進入空氣散熱器進行熱交換的流量，實現精確的溫度調節功能。當變流系統的溫度低于正常工作溫度時，電動三通閥關閉，安裝在管路上的電加熱器根據控制要求對冷卻液進行加熱，循環系統通過冷卻液的循環流動對變流系統進行強制溫度補償。

當溫度低于設定溫度時，電動三通閥處于關閉狀態，冷卻液通過內部循環進行散熱。見圖一

圖一

當溫度達到設定溫度時，電動三通閥開始開啟，處于半開半閉的狀態，冷卻液既通過內部循環散熱，又通過外部散熱器進行散熱。若溫度沒有繼續升高，也沒有降低，則三通閥保持半開半閉的狀態。見圖二

圖二

當溫度達到設定溫度時，電動三通閥開始開啟，若溫度繼續升高，電動三通閥不斷開啟直至全部開通，冷卻液全部通過散熱器進行散熱，同時兩個散熱扇輪流交替進行工作強制散熱。見圖三

圖三

預充電回路：

預充電回路是什么：用于在系統閉合主斷之前給直流母線進行預充電，防止由于直流側母線電壓過低，在直接閉合主空開的瞬間損壞直流側母線系統。

向誰充電：向直流母線上的支撐電容，即直流模塊內的電容。

為何要預充電：因為直流母線上有大電容存在。電容并聯在電源兩端的時候，當電源接通瞬間，電容兩端的電壓不會突變，而電容兩端的電流會突變。剛接通電源瞬間，電容器兩端相當于短路，會對電網及變流系統造成很大的沖擊。

預充電回路的位置：與主斷路器并聯，回路組成如圖四。

圖四

預充電回路工作原理：變頻器上電，先由充電電阻對電容進行限流充電，抑制了最大充電電流，隨著充電過程的延伸，模塊的直流支撐電容上逐漸建立起充電電壓，當預充電直流電壓達到710V時，閉合網側、機側斷路器，然后閉合網側濾波電容接觸器。

制動回路：

為什么要制動：維持直流母線電壓在范圍內，防止母線電壓過高損害變流器。

什么時候母線電壓會上升：當變流器功率輸入與輸出功率不匹配時。

制動回路位置：直流母線上，通過一個IGBT模塊。制動電阻與上橋臂并聯，不動作，只通過下橋臂的開斷來控制制動的投入/切出。見圖五 

圖五

工作原理：1090V時，即啟動制動回路通過卸荷電阻消耗直流側多余的能量，當正負母排電壓差小于1070V時則退出制動回路，從而達到穩定直流側母線電壓的目的。

制動電阻主要功能是消耗機組多余能量，典型應用是風力發電機組在低電壓穿越過程中通過制動電阻消耗能量，使直流母線電壓降至額定電壓，防止由于變流器內直流母線電壓過高，而造成電氣元件損壞。

圖六

放電回路：

為什么放電：安全，停機后對直流母線穩壓電容進行放電。

對誰放電：整流逆變模塊上的支撐電容。

放電回路的位置：直流母線上通過接觸器來控制投切。見圖七

圖七

工作模式：在斷路器分閘和沒有預充電時，構成RC電路放電。

網側濾波回路

為什么濾波：吸收高頻分量，將回路中不需要的交流信號對地短路掉。可以通過它控制并網電流的幅值與相位。

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

網側濾波回路的位置：位于主斷與IGBT模塊之間。見圖八

圖八

在機側也有濾波器，其主要作用是降低IGBT開關引起的過電壓，保護電機絕緣。

回路部分拓撲圖九

圖九

變流器與主控之間通過通信和硬件連接方式進行相互的聯系；變流器內部各個控制器、PLC之間也同樣是通過通信和硬件連接方式進行相互的聯系。

硬件連接：變流器與主控之間硬件連接（急停、復位、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：

反饋回路串入的觸點：機艙急停、塔底急停、變流器/中央控制器故障、4個控制器故障和4個控制器正常觸點；

控制回路：安全繼電器（15K11）的觸點反饋三個信號，一是網側斷路器控制回路；二是發電機開關柜合閘控制回路；三是反饋變流器安全鏈故障信號。對應圖紙P15

2.0MW變流器控制系統主要由PLC(西門子S7-300)、網側控制器(1U1)、機側控制器1(1U2)、機側控制器2(1U3)、制動控制器(1U4)以及一個CAN-DP模塊（PLC只能接受DP通訊）構成。

西門子PLC：主要實現與主控的DP通信，與各個控制器的通信，預充電控制和部分輔助回路的保護（防雷、濕度、溫度等）。

網側控制器：網側控制和保護策略的實現、網側斷路器的控制、濾波電容的投切和部分輔助回路的保護（網側交流熔斷器、濾波電容熔斷器）。

機側控制器1：電機繞組1控制和保護策略的實現、機側側斷路器1的控制。

機側控制器2：電機繞組2控制和保護策略的實現、機側側斷路器2的控制。

制動控制器：制動控制和保護策略的實現。

通信：變流器與主控之間的DP通信；變流器內部控制器之間的DP通信、CAN通信、以太網通信。見圖十

圖十