風(fēng)力發(fā)電機組的電力參數(shù)

風(fēng)力發(fā)電機組的電力參數(shù)風(fēng)力發(fā)電機組需要持續(xù)監(jiān)測的電力參數(shù)包括電網(wǎng)三相電壓、發(fā)電機輸出的三相電流、電網(wǎng)頻率、發(fā)電機功率因數(shù)等。這些參數(shù)無論風(fēng)力發(fā)電機組是處于并網(wǎng)狀態(tài)還是脫網(wǎng)狀態(tài)都被監(jiān)測，用于判斷風(fēng)力發(fā)電機組的起動條件、工作狀態(tài)及故障情況，還用于統(tǒng)計風(fēng)力發(fā)電機組的有功功率、無功功率和總發(fā)電量。此外，還根據(jù)電力參數(shù)，主要是發(fā)電機有功功率和功率因數(shù)來確定補償電容的投入與切出。

1．電壓測量

電壓測量主要檢測以下故障：

(1)電網(wǎng)沖擊相電壓超過450V0.2s。

(2)過電壓相電壓超過433V50s。

(3)低電壓相電壓低于329V50s。

(4)電網(wǎng)電壓跌落相電壓低于260V0.1s。

(5)相序故障。

對電壓故障要求反應(yīng)較快。在主電路中設(shè)有過電壓保護，其動作設(shè)定值可參考沖擊電壓整定保護值。發(fā)生電壓故障時風(fēng)力發(fā)電機組必須退出電網(wǎng)，一般采取正常停機，而后根據(jù)情況進行處理。

電壓測量值經(jīng)平均值算法處理后可用于計算機組的功率和發(fā)電量的計算。

2．電流測量

關(guān)于電流的故障有：

(1)電流跌落0.1s內(nèi)一相電流跌落80%。

(2)三相不對稱三相中有一相電流與其他兩相相差過大，相電流相差25%，或在平均電流低于50A時，相電流相差50%。

(3)晶閘管故障軟起動期間，某相電流大于額定電流或者觸發(fā)脈沖發(fā)出后電流連續(xù)0.1s為0。

對電流故障同樣要求反應(yīng)迅速。通常控制系統(tǒng)帶有兩個電流保護即電流短路保護和過電流保護。電流短路保護采用斷路器，動作電流按照發(fā)電機內(nèi)部相間短路電流整定，動作時間。0～0.5s。過電流保護由軟件控制，動作電流按照額定電流的2倍整定，動作時間1～3s。電流測量值經(jīng)平均值算法處理后與電壓、功率因數(shù)合成為有功功率、無功功率及其他電力參數(shù)。

電流是風(fēng)力發(fā)電機組并網(wǎng)時需要持續(xù)監(jiān)視的參量，如果切人電流小于允許極限，則晶閘管導(dǎo)通角不再增大，當(dāng)電流開始下降后，導(dǎo)通角逐漸打開直至完全開啟。并網(wǎng)期間，通過電流測量可檢測發(fā)電機或晶閘管的短路及三相電流不平衡信號。如果三相電流不平衡超出允許范圍，控制系統(tǒng)將發(fā)出故障停機指令，風(fēng)力發(fā)電機組退出電網(wǎng)。

3．頻率

電網(wǎng)頻率被持續(xù)測量。測量值經(jīng)平均值算法處理與電網(wǎng)上、下限頻率進行比較，超出時風(fēng)力發(fā)電機組退出電網(wǎng)。

電網(wǎng)頻率直接影響發(fā)電機的同步轉(zhuǎn)速，進而影響發(fā)電機的瞬時出力。

4．功率因數(shù)

功率因數(shù)通過分別測量電壓相角和電流相角獲得，經(jīng)過移相補償算法和平均值算法處理后，用于統(tǒng)計發(fā)電機有功功率和無功功率。

由于無功功率導(dǎo)致電網(wǎng)的電流增加，線損增大，且占用系統(tǒng)容量。因而送人電網(wǎng)的功率，感性無功分量越少越好，一般要求功率因數(shù)保持在0.95以上。為此，風(fēng)力發(fā)電機組使用了電容器補償無功功率?？紤]到風(fēng)力發(fā)電機組的輸出功率常在大范圍內(nèi)變化，補償電容器一般按不同容量分成若干組，根據(jù)發(fā)電機輸出功率的大小來投入與切出。

這種方式投入補償電容時，可能造成過補償。此時會向電網(wǎng)輸入容性無功。

電容補償并未改變發(fā)電機運行狀況。補償后，發(fā)電機接觸器上電流應(yīng)大于主接觸器電流。

(二)風(fēng)力參數(shù)監(jiān)測

1．風(fēng)速

風(fēng)速通過機艙外的數(shù)字式風(fēng)速儀測得。計算機每秒采集一次來自于風(fēng)速儀的風(fēng)速數(shù)據(jù)；每10min計算一次平均值，用于判別起動風(fēng)速(風(fēng)速v>3m/s時，起動小發(fā)電機，v>8m/s起動大發(fā)電機)和停機風(fēng)速(v>25m/s)。安裝在機艙頂上的風(fēng)速儀處于風(fēng)輪的下風(fēng)向，本身并不精確，一般不用來產(chǎn)生功率曲線。

2．風(fēng)向

風(fēng)向標(biāo)安裝在機艙頂部兩側(cè)，主要測量風(fēng)向與機艙中心線的偏差角。一般采用兩個風(fēng)向標(biāo)，以便互相校驗，排除可能產(chǎn)生的誤信號。控制器根據(jù)風(fēng)向信號，起動偏航系統(tǒng)。當(dāng)兩個風(fēng)向標(biāo)不一致時，偏航會自動中斷。當(dāng)風(fēng)速低于3m/s時，偏航系統(tǒng)不會起動。風(fēng)力發(fā)電機的并網(wǎng)控制直接影響到風(fēng)力發(fā)電機能否向輸電網(wǎng)輸送電能以及機組是否受到并網(wǎng)時沖擊電流的影響。并網(wǎng)控制裝置由軟并網(wǎng)，降壓運行和整流逆變?nèi)N方式。

軟并網(wǎng)裝置：異步發(fā)電機直接并網(wǎng)時，其沖擊電流達到額定電流的6~8倍時，為了減少直接并網(wǎng)時產(chǎn)生的沖擊電流及接觸器的投切頻率，在風(fēng)速持續(xù)低于啟動風(fēng)速一段時間后，風(fēng)力發(fā)電才與電網(wǎng)解列，在此期間風(fēng)力發(fā)電機處于電動機運行狀態(tài)，從電網(wǎng)吸收有功功率。

降壓運行裝置：軟并網(wǎng)裝置只在風(fēng)力發(fā)電機啟動時運行，而降壓運行裝置始終運行，控制方法也比較復(fù)雜。該裝置在風(fēng)速低于風(fēng)力發(fā)電機的啟動風(fēng)速時將風(fēng)力發(fā)電機與電網(wǎng)切斷，避免了風(fēng)力發(fā)電機的電動機運行狀態(tài)。

整流逆變裝置：整流逆便是一種較好的并網(wǎng)方式，它可以對無功功率進行控制，有利于電力系統(tǒng)的安全穩(wěn)定運行