風力發(fā)電機勵磁系統(tǒng)的原理圖及說明

1、一.風力發(fā)電機勵磁系統(tǒng)的原理圖及說明1 概述東汽FD70B1.5MW雙饋風力發(fā)電機組系統(tǒng)圖如上所示。在風速3.5m/s （1 OOOrpm） 13m/s （1800rpm）下，發(fā)電機纟II勵磁系統(tǒng)來用阿爾斯通的雙饋變 頻器控制（它釆用有位置傳感器和泄子矢鍛控制），因此它具有勵磁調斥和調頻 1的功能；風機的變漿系統(tǒng)（0-90 ）調節(jié)輸入的風能鼠或機械原動能最，做為 調頻2功能。系統(tǒng)管理計算機協(xié)調變漿系統(tǒng)和變頻器控制風力發(fā)電機組的止常發(fā) 電運行。2.運行原理變頻器是為異步發(fā)電機轉了回路提供變頻、可逆雙向勵磁功率。在 1000ipm-1499.99ipm,變頻器向轉子機械次同步的發(fā)電機輸入滑差功率，

2、頻率正 調實時并加在轉子上形成1500 ipm同步旋轉磁場： 1500rpm,變頻器向轉子 機械同步發(fā)電機輸入苴流功率，頻率冬調實時疊加在轉子上形成1500 ipm同步 旋轉磁場；在1500.01ipm-1800ipm,超同步發(fā)電機通過轉了機械向變頻器輸11! 滑差功率，頻率負調實時廉加在轉子上形成1500 rpm同步旋轉磁場。風力發(fā)電 機組町運行在電力系統(tǒng)頻率51.5Hz47.5Hz范I科內。在電力系統(tǒng)電斥690V±10% 和功率因數(shù)0.95（超詢）0.95（滯后）下，滿負荷運行。變頻器可單獨做為無功補償 器運行（選項A）,容暈可達300kvaro變頻器轉了冋路機械側MRP額宦電丿

3、R424V,額定電流372A,網(wǎng)側NRP額 定電壓690V,額定電流3O5A.通過接觸器與電網(wǎng)聯(lián)網(wǎng)。變頻器開關頻率為 3KHz-6KHz,輸出（入）轉子頻率為+17Hz17Hz。風機風輪轉速大丁- 3.5nVs后（對 應于發(fā)電機轉子為lOOOrpm）,持續(xù)一定時間，變頻器網(wǎng)側NRP及機械側MRP 相繼投入運行，轉子繞組投勵、調頻、建立額定電壓，經(jīng)檢測差壓、差頻、相序 止確后，定子回路空氣開關并網(wǎng)。在發(fā)電機轉子lOOOipm1800rpm,變頻器定 子矢M：控制技術，通過電機的d-q電磁場旋轉實時的數(shù)學模型，及電機位置編碼 器、機組出口電爪電流頻率反饋值，根據(jù)風機各種運行條件下的限值范圉內所給

4、定值，跟蹤輸出最運行。同時在風速過大過?。ㄩL時間大丁 1800 ipm或小丁 1000 rpm）、電網(wǎng)異常等采取停機。風機從并網(wǎng)運行模式到停機有三種不同的關閉程序，分別為：緊急停機、快 速停機和正常關閉。緊急停機（制動程序200）風輪葉片以每秒15°的速度旋轉到91°的位置。 變槳控制驅動裝置由后備蓄電池供電。轉子剎車執(zhí)行制動。電網(wǎng)故障在電網(wǎng)故障時執(zhí)行快速停機II a程序。在這種情況下，安全鏈、變 漿控制、控制計算機和液丿卡閥的電源全部由后備蒂電池提供。當?shù)竭_停機位時， 變槳控制機構也停止。電網(wǎng)故障持續(xù)6s后，后備番電池耗盡，安全鏈中斷。跟緊 急停機剎乍制動有相同的效果。控

5、制計算機進入睡眠狀態(tài)，但是它的內存還是能 保存在關閉期間的所有錯誤，因為它有后備蓄電池提供一年的支持。安全鏈安全鏈是一個固定的電線電路，所有的觸點由下列相連的緊急停機來 觸發(fā)。機艙內的緊急停機按鈕在TOPBOX中，靠近轉子軸承，塔基的緊急停機按鈕 在轉換柜。轉軸超速開關裝置，也就是發(fā)電機轉速。超過1.5倍功率。振動開關控制計算機觸發(fā)的變漿控制失敗功率輔助觸點中斷電纜扭曲：±4旋轉當回路一中斷，閉介繼電器立刻釋放。它可以通過手動復位，或者恢復主電源吸 合繼電器，隨后在斷開主電源。電網(wǎng)監(jiān)視觸發(fā)值觸發(fā)時間過壓保護1.06XU.G98ms低壓保護O.SXUc109ms超頻保護50. 5Hz8

6、8ms低頻保護49. 5Hz101ms風機短路的機械保護在發(fā)電機與齒輪箱間有一個聯(lián)軸結，帶絕緣的，起短路機械保護，上耍是保 護齒輪箱。轉矩超過額泄值2倍時，齒輪箱輸出端與發(fā)電機輸入門動解列。3 功能選項及保護要求3.1電網(wǎng)電壓3AC 690V+10%用 J： 552V<U<621V： S（u）= u/621V*Sel3.2電網(wǎng)頻率50H2-2.5Hz/+1.5Hz變頻器的控制和調整是某頻率偏差±5Hz來設計的。制造商指出變頻器依據(jù)它作 運行情況時運行特性曲線，（頻率的變化）需耍的相應的輸出變化氐這些至少應包括 以頻率函數(shù)的輸111功率、速度、電壓。3.3耐受短路電流（69

7、0V）最少為30kA3.4靜止期間無功輸出補償（選項A）風機靜止時，變頻器電路的額定無功輸出的范用內，變頻器幫助無功與電網(wǎng)受約束的交 換。對這個運行模式，最小限度的可能的無功輸出駅等這個風電機組額定冇功輸 出 P=1500kW 的 20%o3.5有功和無功輸出的偏差假設取額定力矩值形式的恒定仃功缺?。╢i和取移和功率因數(shù)、角度、或額定無功功 率形式的恒定無功缺省值，那么8個電網(wǎng)周波的平均偏差值總計不人發(fā)電機/變頻器 系統(tǒng)額定有功輸出（1560kW）的士2.5%。發(fā)電機/變頻器系統(tǒng)的動態(tài)令功和無功輸出波動冬其額定有功輸出（1560戚）的±氓。 3.6電網(wǎng)兼容標準模式對于單獨的一臺風電機

8、組，發(fā)電機/變頻器系統(tǒng)滿足所有彖在 /NO-1/, /NO-2/, /N0-3/, /N0-8/N0-16/中所羅列的耍求，假定的電網(wǎng)電路短路比率為S（k）" /S（N）65o在與閃變有關的頻率范H；l內，變頻器應最佳優(yōu)化為不會出現(xiàn)佇功或 無功輸出波動。在依照/NO-5/和/冊-17/的測彊時，風電機組cW5閃變系數(shù)c必須要 達到。3.7電網(wǎng)兼容擴展模式（選項B）根據(jù)項II,選擇諧波濾波器是有用的。假設電網(wǎng)短路比率較小，這些諧波濾波器促進并 網(wǎng)連接。如果是那樣的話，用戶應提供所需的電網(wǎng)參數(shù)。3.8電網(wǎng)故障發(fā)電機/變頻器系統(tǒng)可識別電網(wǎng)故障和對應變頻器的每個擴展階段有響應。自檢Z后， 發(fā)

9、電機系統(tǒng)沒有錯謀，才返回電網(wǎng)。故障導致的未被證明其正確的命令解除，不會由 開關動作、干擾電壓或運行人員們所需的功率和電網(wǎng)電壓極限值Z間波動而所兒址。3.9保護原理變頻器供應商應負貴發(fā)電機定子和轉子短路和浪油保護、以及電路變頻器和電纜的設 計。供應商應該通知東汽其所使用的保護原理,為的是以便用戶在定貨之前明確細節(jié) 和同等連接。一旦保護故障，變頻器會給出“保護保存”倍號，心動上一級的變電站 的斷路器（MS或NS）。變頻器尤苴要完成以卜保護功能：連接網(wǎng)絡配置保護要求變頻器電尤件故障記載電網(wǎng)連接TN-C短路 過載電路的導線保護 電路的導線保護電路的導線保護定子連接TN-S 不 帶N短路 過載電路的導線

10、保護 電路的導線保護電路的導線保護 變頻器轉子連接IT短路 過載 絕緣失效 浪洶電路的導線保護+脈沖禁止 電路的導線保護+脈沖禁止 電路的導線保護+脈沖禁止 電路的導線保護+脈沖禁止 +短路器變頻器 變頻器 變頻器 變頻器NSHV : 多路輸出 連接TN-S短路過載多路輸出連接：變頻器中多種保護元件都有（如同己有的和/或過 去明確的）電路接線方式：中斥變丿E器符合聯(lián)結組Dyn5、Dynll,并在二次側接地。電路接線方式 設計為TN-C,并給變頻器供電。變頻器把PEN線分成PE和N。在此惰況F, N不 再用J - I'-級輸出回路。這樣的分法，沒仃包1SN線，把傳送到定子的電路變成一個

11、TN-S電路。結果，電路接線方式共同組成了 TN-C-S電路。其電路接線方式的特點是次要條件的 接地變成了短路。結果靈敏度不裔的故障就變成尺敏度高的短路保護。因此，在這種 情況下，無需附設接地監(jiān)控。由變頻器的布局技術，變頻器在發(fā)電機側產(chǎn)牛的電位與PE電位沒冇肖接聯(lián)系。因此, 盡管還受電勢影響，通常構成了一個IT電路接線方式。因為IT電路接線方式耍求絕 緣監(jiān)控，因此在變頻器中必須裝役相配的功能。故障紅錄：如果標準變頻器設備沒用相配的故障遷錄，必須安放一個或多個分離式繼 電器。并產(chǎn)生適當?shù)慕獬盘枴ｋ娐窋嗦菲鞅仨殰蕚浜媒獬盘柡惋@示適肖的輸入。3.10浪涌保護：轉了連接的浪涌保護用電纜保護和發(fā)電機

12、轉子及變頻器中的變頻器保護。過載保護的調整范圍：電纜的額定電流必須調整到觸發(fā)值與時間特性相合，比時間特性用三個連接導體： 電路、定子和轉子。調整值必須能支持減少值，其減少值不耍求變頻器的輸出載彊。3.11假設電網(wǎng)瞬間故障時的運行狀態(tài)假設電網(wǎng)I瞬間故障時，發(fā)電機/變頻器系統(tǒng)的運行狀態(tài)是宙變頻器（基本/擴展模式） 所使用的擴展階段來決定的。這些模式在這個范尉是不一致，在電網(wǎng)故障電床降到額 定電壓8 0%以上，基本模式運行。與此相反，在電網(wǎng)故障電斥從額定電樂8 0%降 到額定電壓15%以上，擴展模式運行。3.12基本模式變頻器基本模式的特性是：裝置根據(jù)/ NO- 1 /來判明電網(wǎng)故障。假設電床降到額

13、 定電壓的80%以下并持續(xù)1 0 Oms時,它便與電網(wǎng)斷開。電壓的較低極限可在變頻 數(shù)表中額定電壓中從80%到90%之間調整。大F- 80%額定電壓不需要電網(wǎng)斷開。 根據(jù)發(fā)電機/變頻器系統(tǒng)的運行點，通過數(shù)字信號“輸出減少”的方式，變頻器可耍求 管理系統(tǒng)電流輸出減少。要求的輸出減少斎須經(jīng)東汽和變頻器供W商雙方協(xié)商。而H, 變頻器過載時可口我保護，安全模式。變頻器的慕本模式已準備好做TSS的 升級選項。經(jīng)過東汽專門訓練的員工可以完成升級任務。變頻器軟件參數(shù)可實現(xiàn)這種 轉換和激活。3.13擴展模式（選項C）變頻器的擴展模式能夠根據(jù)電網(wǎng)連接/NO-2/, /NO-3/, /NO-16/的抬導判明和響應

14、網(wǎng)絡 的瞬間故障。電網(wǎng)連接拆導描述了在高壓電網(wǎng)或最高壓下電網(wǎng)連接處的所需運行狀 態(tài)。在以卜部分，這些細節(jié)也可應用在NS電路（變頻器的電路連接端子）。電壓和 時間值可以由Repower *調整,以便F將中間部件（電纜、架空線路、變壓器）的相 關電勢差也考慮在內。瞬時電壓降落低丁 80%額定電壓高J- 15%的額定電壓時，擴展模式允許變頻器保持與 電網(wǎng)連接。如果壓降為45%額定電壓以上，短路器不會觸發(fā)。無功輸出消耗的瞬間補 償過程在電壓回到第2象限Z后的400ms完成。Z后，通過“電壓支持”功能叫實現(xiàn) 控制無功輸出的交換。而且，在故障消除Z后，變頻器町以風機控制系統(tǒng)的最少20% 額定仃功輸出值的梯

15、度増加至額定仃功輸出值。如果壓降低額定電壓的80%的極限 值,變頻器就會產(chǎn)?！半娋W(wǎng)瞬間故障”的數(shù)字信號.直到電壓回升到80%的極限值或 凹升到另外的15%額定電壓極限值時，變頻器才會消除此信號。如有必耍，Repower 可以調整此極限值。如果壓降低15%額定電壓或超過故障排除所允許的最長時間（最人5秒），發(fā)電機/ 變頻器系統(tǒng)將與電網(wǎng)斷開連接。在這種情況卜，達到正常的電網(wǎng)系統(tǒng)參數(shù)才能豆新連 接。消除故障的最長時間取決各個剩余電床并通過以卜電勢梯度功能決定。在上 卜文中，此電勢梯度功能的電壓使用范闈從15%額定電壓到80%額定電壓。Ut（ll 尸Un+d Umax【nrnT50ms 3285011

16、15 umax-80%/Un到 80%/5由電網(wǎng)瞬間故障變頻器再同步時，盡管發(fā)電機速度的變動范用最高達到±10（kpm 和頻率2-3HZ時，變頻器仍能再冋步。擴展模式町用能夠快速連續(xù)通過至少2級電勢梯度的這樣種方式標泄，仍能保持 所必石的保護用叮解除的允裕儲備量。超過這第3種快速連續(xù)電爪卜降限值，發(fā)電 用L/變頻器系統(tǒng)與電網(wǎng)斷開。在這種情況卜封鎖15分鐘后電網(wǎng)可再連接。3.14增強需求的模式（選項D）增強需求的模式用J：變頻器電網(wǎng)連接端子瞬何床降為0。此模式的空的耍求與擴展 模式相等。變頻器制造商應提供此模式的概念和提議。3.15電壓支持運行如果壓降在準穩(wěn)定電壓值的90% （缺省值）

17、以卜，在變頻器電網(wǎng)連接端子提供無功電 流來支持電網(wǎng)電斥。觸發(fā)閥值可根據(jù)需?？蓮?到100%調整。最終，在故障確定后 20ms Z內，變頻器町提供因數(shù)為2% （缺省值）系統(tǒng)額泄電流的無功電流給每一百分 值電爪降。因數(shù)可從0調到10% 姬丿、的無功電渝山額尢電流限定,町通過參數(shù)0 到100%調整。缺省值設定為100%。在切冋到運行標準模式之前的至少10秒鐘，變 頻器的可運行此功能。東汽可以0.1秒的増斎從0.1調到10秒鐘。缺省值設定為3秒。 只在給定的觸發(fā)極限超過一次以上時，才可以再觸發(fā)。電壓支持功能是指變頻器減少仃功電流和/或存功輸出。如果瞬間補償過程根據(jù)第2 象限的無功輸出補償實現(xiàn)，在電壓回

18、復之后不用400ms就可以完成。這些補償過程之 后，電壓支持運行立即重新使用。3.16電網(wǎng)斷開Z后電壓釋放電網(wǎng)斷開后，定子轉子電路立即切換到空菽狀態(tài)。8分鐘Z內，變頻器屮間直流電環(huán) 節(jié)放電到低電壓保護值以下。3.17防雷擊保護按/NO-7 （內部防雷擊保護）/確定的給發(fā)電機和變頻器設計恰當?shù)睦擞勘Ｗo器件。與 其它防雷擊保護區(qū)的界面必須裝配適當?shù)睦擞勘Ｗo器件。3.18增加要求的防雷擊保護（選項E）二.變頻器技術數(shù)拯1. 主電源電壓2. 電網(wǎng)頻率3. 矢量頻率4. 正式批準5. 變頻器額定功率效率6. NPR額定電流7. NPR最大電流8. MPR額定電流9. MPR最大電流仃雷擊危險的場所裝設防

19、雷擊保護綜介設備是I分仃用的。此選項包括變頻器所仃柜體 內的電弧光監(jiān)控和銅推用熱縮管絕緣熱縮管保護至發(fā)電機開關上一級電網(wǎng)側的端子部件。如 果電弧光監(jiān)控系統(tǒng)觸發(fā)，就會對直接動作回路斷路器。，690V±10%50Hz±l%6KHz-3 KHzprEN50179:1994/VDEO160CE niaiking to Low Voltage Directive >0.97305A510A（取決F溫度）580A640A（収決丁溫度）10 .速度控制扭矩上升時間或傳感器失靈時間11. 噪聲12. 過熱溫度停機13. 環(huán)境溫度10ms>82db（A）>82 C（散熱器溫

20、度）生存溫度14 環(huán)境條件氣侯機械機械運輸15. 冷卻方式16. 海拔高度17. 儲存時間 1&保護等級-40 C.+ 50 C空冷1000 米重換電容器2年,40 C以上最多5個月 電力電子IP21控制器IP54三箱變1. 周圍環(huán)境海拔1000米以下。環(huán)境溫度處于-40°C to+50°C （CCV） 溫度范圍內，最大濕度90%?？匡L扇向戶外大氣散熱。連續(xù) 過載110%。要求所有電氣設備在無電（熱）源和環(huán)境溫度-40 £情況下，持續(xù)小時（持續(xù)時間待三方商榷）的能夠生存而不影響壽命和使用。2. 變壓器2. 1密封樹脂式變壓器根據(jù)VDE 0532 / DIN

21、 42523 / IEC 60076,可以使用澆鑄樹脂 式三相變壓器。它必須裝置可折卸式機械車架和腳輪（可90。轉向）， 接地柱頭螺栓、起重吊環(huán)和制動凸塊。由風電場運行控制器監(jiān)控溫度。 為此變壓器安裝了6個溫度傳感器（PTC阻抗）。每相使用了2個溫度 傳感器（1個報警，1個跳閘），3個報警和3跳閘傳感器兩組串聯(lián)接 到運行控制器，然后被接到變壓器的端子板上。下列極限溫度應用溫 度閾值：報警：130°C；跳閘：150°C。作為保護措施，如果風電機組 運行控制器報警，功率就減少；控制器跳閘，立即導致風電機組關閉。III帶PT1OO傳感器的溫度監(jiān)控器隨意地可用到的，而在這樣情況下，

22、每 相安裝一個PT100傳感器。由風電機組運行控制器執(zhí)行信號分析。如果有故障，可能存在替換有缺陷線圈或風電機組現(xiàn)場塔內整個變壓器。技術資料，密封樹脂式變壓器2. 1. 1額定功率1600 kVA （110%連續(xù)，年平均溫度：35°C)2. 1.2額定頻率50 Hz, 60 Hz, _Hz (取決于中壓電網(wǎng))2. 1.3額定中壓1 0 kV, 20kV, 30 kV, _ kV (取決于中壓電網(wǎng))2. 1.4抽頭0% ± 2 X 2. 5%2. 1. 5額定低壓690 V, 575 V （取決于工頻）2. 1. 6聯(lián)結組別 Dyn 5 （選擇Dyn 11）2.1.7接線：3個

23、中壓的帶扁平型的接線端子,4個低壓的帶扁平型的接線端子。2. 1.8接線端子位置：中低壓側，底部接線端子。2. 1.9阻抗電壓6% (75° C)2. 1. 101.1% ( 75° C)2. 1. 11耐候等級C 2 （待商榷）2. 1. 12阻燃等級F1 （待商榷）2. 1. 13環(huán)境等級E2 （待商榷）2. 1. 14冷卻方式干式自冷式2. 1. 15加熱依據(jù)等級F (155°C)2. 1. 16最大尺寸，根據(jù)下列圖 2. 1. 17溫度報警3 X （每相1個PTC電阻）串聯(lián)接入，閾限溫度1302. 1. 18溫度跳閘3 X （每相1個PTC電阻）串聯(lián)接入，閾限溫度1502. 2油浸變壓器供應商應當必須提供油浸變壓器的可能方案。他們必須被設計成這樣，以致于萬一故障，箱變內部，線圈缺陷或整個變壓 器能替換。只要是靠螺紋連結完成的，變壓器就允許解體。接到變壓器的中低壓系統(tǒng)電纜被放置在地面上。油浸變壓器在接近接線端子處必須安裝電纜簡易固定件。如沒有其它限制，根據(jù)有效規(guī)范，變壓器連續(xù)過載110%額定功率。2. 2技術資料，油浸變壓器:2. 2. 1額定功率1600 kVA （+ 10%連續(xù)，年平均溫度：35°C）2.2.2額定