风力发电机励磁系统的原理图及说明

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1、一风力发电机励磁系统的原理图及说明一风力发电机励磁系统的原理图及说明 1概述 东汽 FD70B1.5MW 双馈风力发电机组系统图如上所示。在风速 3.5m/s （1000rpm）13m/s（1800rpm）下，发电机组励磁系统采用阿尔斯通的双馈变 频器控制（它采用有位置传感器和定子矢量控制） ，因此它具有励磁调压和调频 1 的功能；风机的变浆系统（090）调节输入的风能量或机械原动能量，做为 调频 2 功能。 系统管理计算机协调变浆系统和变频器控制风力发电机组的正常发 电运行。 2运行原理 变频器是为异步发电机转子回路提供变频、可逆双向励磁功率。在 1000rpm1499.99rpm，变频器向

2、转子机械次同步的发电机输入滑差功率，频率正 调实时叠加在转子上形成 1500 rpm 同步旋转磁场；在 1500rpm，变频器向转子 机械同步发电机输入直流功率，频率零调实时叠加在转子上形成 1500 rpm 同步 旋转磁场；在 1500.01rpm1800rpm，超同步发电机通过转子机械向变频器输出 滑差功率，频率负调实时叠加在转子上形成 1500 rpm 同步旋转磁场。风力发电 机组可运行在电力系统频率 51.5Hz47.5Hz 范围内。 在电力系统电压 690V10% 和功率因数 0.95(超前)0.95(滞后)下，满负荷运行。变频器可单独做为无功补偿 器运行（选项 A） ，容量可达 3

3、00kvar。 变频器转子回路机械侧 MRP 额定电压 424V，额定电流 372A，网侧 NRP 额 定电压 690V，额定电流 305A,通过接触器与电网联网。变频器开关频率为3KHz6KHz， 输出(入)转子频率为+17Hz-17Hz。风机风轮转速大于 3.5m/s 后(对应于发电机转子为 1000rpm)，持续一定时间，变频器网侧 NRP 及机械侧 MRP 相继投入运行，转子绕组投励、调频、建立额定电压，经检测差压、差频、相序 正确后，定子回路空气开关并网。在发电机转子 1000 rpm 1800 rpm，变频器定 子矢量控制技术，通过电机的 d-q 电磁场旋转实时的数学模型，及电机位

4、置编码 器、机组出口电压电流频率反馈值，根据风机各种运行条件下的限值范围内所给 定值，跟踪输出量运行。同时在风速过大过小(长时间大于 1800 rpm 或小于 1000 rpm) 、电网异常等采取停机。 风机从并网运行模式到停机有三种不同的关闭程序，分别为：紧急停机、快 速停机和正常关闭。 紧急停机（制动程序紧急停机（制动程序200）风轮叶片以每秒15的速度旋转到91的位置。 变桨控制驱动装置由后备蓄电池供电。转子刹车执行制动。 电网故障电网故障在电网故障时执行快速停机a程序。在这种情况下，安全链、变 浆控制、控制计算机和液压阀的电源全部由后备蓄电池提供。当到达停机位时， 变桨控制机构也停止。

5、电网故障持续6s后，后备蓄电池耗尽，安全链中断。跟紧 急停机刹车制动有相同的效果。控制计算机进入睡眠状态，但是它的内存还是能 保存在关闭期间的所有错误，因为它有后备蓄电池提供一年的支持。 安全链安全链安全链是一个固定的电线电路， 所有的触点由下列相连的紧急停机来 触发。 机舱内的紧急停机按钮在TOPBOX中，靠近转子轴承，塔基的紧急停机按钮 在转换柜。 转轴超速开关装置，也就是发电机转速。 超过1.5倍功率。 振动开关 控制计算机触发的变浆控制失败 功率辅助触点中断 电缆扭曲： 4旋转 当回路一中断，闭合继电器立刻释放。它可以通过手动复位，或者恢复主电源吸 合继电器，随后在断开主电源。 电网监

6、视 电网监视 触发值 触发时间 过压保护 1.06UnG 98ms 低压保护 0.8UnG 109ms 超频保护 50.5Hz 88ms 低频保护 49.5Hz 104ms 风机短路的机械保护 风机短路的机械保护 在发电机与齿轮箱间有一个联轴结，带绝缘的，起短路机械保护，主要是保 护齿轮箱。转矩超过额定值2倍时，齿轮箱输出端与发电机输入自动解列。 3.功能选项及保护要求功能选项及保护要求 3.1 电网电压 3AC 690V10% 用于 552VU621V：S(u)= u/621V*Sel 3.2 电网频率 50HZ-2.5HZ/+1.5HZ 变频器的控制和调整是基于频率偏差5HZ来设计的。制造

7、商指出变频器依据它工作 运行情况时运行特性曲线， （频率的变化）需要的相应的输出变化量。这些至少应包括 以频率函数的输出功率、速度、电压。 3.3 耐受短路电流(690V) 最少为 30kA 3.4 静止期间无功输出补偿（选项 A） 风机静止时， 变频器电路的额定无功输出的范围内,变频器帮助无功与电网受约束的交 换。对于这个运行模式，最小限度的可能的无功输出量等于这个风电机组额定有功输 出 P=1500kW 的 20%。 3.5 有功和无功输出的偏差 假设取额定力矩值形式的恒定有功缺省值，和取移相功率因数、角度、或额定无功功 率形式的恒定无功缺省值， 那么 8 个电网周波的平均偏差值总计不大于

8、发电机/变频器 系统额定有功输出（1560kW）的2.5%。 发电机/变频器系统的动态有功和无功输出波动其额定有功输出(1560kW)的1%。 。 3.6 电网兼容标准模式 对 于 单 独 的 一 台 风 电 机 组 ， 发 电 机 / 变 频 器 系 统 满 足 所 有 象 在 /NO-1/,/NO-2/,/NO-3/,/NO-8/NO-16/中所罗列的要求，假定的电网电路短路比率为 S(k)/S(N)65。在与闪变有关的频率范围内,变频器应最佳优化为不会出现有功或 无功输出波动。在依照/NO-5/和/NO-17/的测量时，风电机组 c5 闪变系数 c 必须要 达到。 3.7 电网兼容扩展模

9、式（选项 B） 根据项目,选择谐波滤波器是有用的。假设电网短路比率较小,这些谐波滤波器促进并 网连接。如果是那样的话，用户应提供所需的电网参数。 3.8 电网故障 发电机/变频器系统可识别电网故障和对应变频器的每个扩展阶段有响应。自检之后， 发电机系统没有错误, 才返回电网。故障导致的未被证明其正确的命令解除，不会由 开关动作、干扰电压或运行人员们所需的功率和电网电压极限值之间波动而所引起。 3.9 保护原理 变频器供应商应负责发电机定子和转子短路和浪涌保护、以及电路变频器和电缆的设 计。供应商应该通知东汽其所使用的保护原理，为的是以便用户在定货之前明确细节 和同等连接。一旦保护故障，变频器会

10、给出“保护保存”信号，启动上一级的变电站 的断路器（MS 或 NS） 。变频器尤其要完成以下保护功能： 连接 网络配置 保护要求变频器电元件 故障记载 电网连接 TN-C 短路 过载 电路的导线保护 电路的导线保护 电路的导线保护 定子连接 TN-S不 带 N 短路 过载 电路的导线保护 电路的导线保护 电路的导线保护 变频器 转子连接 IT 短路 过载 绝缘失效 浪涌 电路的导线保护+脉冲禁止 电路的导线保护+脉冲禁止 电路的导线保护+脉冲禁止 电路的导线保护+脉冲禁止 +短路器 变频器 变频器 变频器 变频器 NSHV ： 多路输出 连接 TN-S 短路 过载 多路输出连接： 变频器中多种

11、保护元件都有 （如同已有的和/或过 去明确的） 电路接线方式：中压变压器符合联结组 Dyn5、Dyn11,并在二次侧接地。电路接线方式 设计为 TN-C，并给变频器供电。变频器把 PEN 线分成 PE 和 N。 在此情况下，N 不 再用于下一级输出回路。这样的分法，没有包括 N 线，把传送到定子的电路变成一个 TN-S 电路。 结果，电路接线方式共同组成了 TN-C-S 电路。其电路接线方式的特点是次要条件的 接地变成了短路。结果灵敏度不高的故障就变成灵敏度高的短路保护。因此，在这种 情况下，无需附设接地监控。 由于变频器的布局技术， 变频器在发电机侧产生的电位与 PE 电位没有直接联系。 因

12、此， 尽管还受电势影响，通常构成了一个 IT 电路接线方式。因为 IT 电路接线方式要求绝 缘监控，因此在变频器中必须装设相配的功能。 故障登录: 如果标准变频器设备没用相配的故障登录，必须安放一个或多个分离式继 电器。并产生适当的解除信号。电路断路器必须准备好解除信号和显示适当的输入。 3.10 浪涌保护: 转子连接的浪涌保护用于电缆保护和发电机转子及变频器中的变频器保护。 过载保护的调整范围： 电缆的额定电流必须调整到触发值与时间特性相合，其时间特性用于三个连接导体： 电路、定子和转子。调整值必须能支持减少值，其减少值不要求变频器的输出载量。 3.11 假设电网瞬间故障时的运行状态 假设电

13、网瞬间故障时， 发电机变频器系统的运行状态是由变频器 （基本扩展模式） 所使用的扩展阶段来决定的。这些模式在这个范围是不一致，在电网故障电压降到额 定电压以上，基本模式运行。与此相反，在电网故障电压从额定电压降 到额定电压 15以上，扩展模式运行。 3.12 基本模式 变频器基本模式的特性是：装置根据来判明电网故障。假设电压降到额 定电压的 80%以下并持续ms 时，它便与电网断开。电压的较低极限可在变频 器参数表中额定电压中从 80%到 90%之间调整。大于 80%额定电压不需要电网断开。 根据发电机/变频器系统的运行点，通过数字信号“输出减少”的方式，变频器可要求 管理系统电流输出减少。

14、要求的输出减少量须经东汽和变频器供应商双方协商。 而且， 变频器过载时可自我保护，并有固有安全模式。变频器的基本模式已准备好做 TSS 的 升级选项。经过东汽专门训练的员工可以完成升级任务。变频器软件参数可实现这种 转换和激活。 3.13 扩展模式（选项 C） 变频器的扩展模式能够根据电网连接/NO-2/，/NO-3/，/NO-16/的指导判明和响应网络 的瞬间故障。电网连接指导描述了在高压电网或最高压下电网连接处的所需运行状 态。在以下部分，这些细节也可应用在 NS 电路（变频器的电路连接端子） 。电压和 时间值可以由 Repower 来调整，以便于将中间部件（电缆、架空线路、变压器）的相

15、关电势差也考虑在内。 瞬时电压降落低于 80%额定电压高于 15%的额定电压时， 扩展模式允许变频器保持与 电网连接。如果压降为 45%额定电压以上，短路器不会触发。无功输出消耗的瞬间补 偿过程在电压回到第 2 象限之后的 400ms 完成。之后，通过“电压支持”功能可实现 控制无功输出的交换。而且，在故障消除之后，变频器可以风机控制系统的最少 20% 额定有功输出值的梯度增加至额定有功输出值。 如果压降低于额定电压的 80%的极限 值，变频器就会产生“电网瞬间故障”的数字信号。直到电压回升到 80%的极限值或 回升到另外的 15%额定电压极限值时，变频器才会消除此信号。如有必要，Repower 可以调整此极限值。 如果压降低于 15%额定电压或超过故障排除所允许的最长时间（最大 5 秒） ，发电机/ 变频器系统将与电网断开连接。在这种情况下，达到正常的电网系统参数才能重新连 接。消除故障的最长时间取决于各个剩余电压，并通过以下电势梯度功能决定。在上 下文中，此电势梯度功能的电压使用范围从 15%额定电压到 80%额定电