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1、1,电气系统组成,2,风力发电机组的工作原理,原理：风轮在风力的推动产生旋转，实现了风能向机 械能的转换，旋转的风轮通过传动系统驱动发电机旋转，并在控制系统的作用下实现发电机的并网及电能的输出，完成机械能向电能的转换，这就是风力发电机将风能转换成电能的原理。,3,并网型风力发电机组由以下部分组成,1、 风轮(叶片和轮毂) 2、 传动系统 3、 偏航系统 4、 变浆系统 5、 液压系统 6、 制动系统 7、 发电机 8、 控制与安全系统 9、 塔筒 10、基础 11、机舱,4,1、风轮(叶片和轮毂),捕获风能的关键设备。一般由3个叶片组成，所捕获的风能大小直接决定风轮的转速。,5,2、传动系统,
2、风轮与发电机的连接纽带。齿轮箱是其关键部件。通过齿轮箱，风轮的低转速才能使发电机以接近额定的转速旋转，达到并网发电的目的。,6,3、偏航系统,使风轮的扫掠面始终与风向垂直，以最大限度地提升风轮对风能的捕获能力，并同时减少风轮的载荷。,7,4、变浆系统,通过调整叶片的角度，使风力发电机组获得最为理想的能量,当风速变化时，特别时超过额定风速后，调整叶片的角度，控制风力发电机组的转速和功率，维持机组工作在最佳状态。,8,5、液压系统,为变矩机构和制动系统提供动力来源。,9,6、制动系统,使风轮减速和停止运转的系统。,10,7、发电机,其作用是将风轮的机械能转化为电能。,11,8、控制与安全系统,控制
3、系统包括控制和监测两部分。监测部分将采集到的数据送到控制器，控制器以此为依据完成对风力发电机组的偏航控制、功率控制、开停机控制等控制功能。,12,9、塔筒,风力发电机组的支撑部件。它使风轮到达设计中规定的高度。其内部还是动力电缆、控制电缆、通讯电缆和人员进出的通道。,13,10、基础,为钢筋混凝土结构，承载整个风力发电机组的重量。基础周围设置有预防雷击的接地系统。,14,11、机舱,风力发电机组的机舱承担容纳所有的机械部件，承受所有外力（包括静负载及动负载）的作用。,15,整个电气系统主要包括以下组成部分: 供电系统 变频器 发电机 偏航系统 变桨系统 UPS系统 水冷系统 油冷润滑系统 制动
4、系统 加热系统,16,变压器,17,变频器,变频器主要参数:,系统功率：1500 KW 变频器功率：500 KVA 额定电压：690 VAC， 10% 电源频率：50 Hz， 2Hz 连接电压：1000-1100 VDC 转子最高有效电压：700 VAC 操作频率：3 kHz 功率因数：容性0.95感性0.90 滑差范围：30%(注：滑差就是发电机电压和系统电压频率的差（频差）， 发电机并网时,要求滑差应小于允许值。) 电压不对称度：2%(注：程序内极限差20VAC) 电流不对称度：10%,18,控制特性 双DSP(80MHz)PWM控制 3kHz PWM脉宽调制 CPLD硬件保护和信号通道
5、多路运算开关 数字信号输入输出,硬件保护 过电流 超温 IGBT 欠饱和 母线过电压 电源监视,变频器特性,19,网侧变频器与机侧变频器实现的功能,电网侧变频器 控制直流母线电压 预充电 网侧接触器同步 电网监视,发电机侧变频器发电机力矩控制 功率因数调节 发电机定子电压控制 速度监视 Crowbar 触发,20,变频器工作过程,（1）预充电(S2)：防止高频滤波器件过流。由LSC 的J6-2 号端子发出230VAC给预充电接触器K340.2 的A1 号端子，预充电接触器吸合，变频器直流母排充电至975VDC 左右，网侧变频器工作，母排直流电压经网侧变频器逆变使A 点电压渐升为690VAC，且
6、电流值为57A。如果没有预充电环节，直接吸合网侧接触器，大压差会使A 点瞬间过电流。,21,变频器工作过程,（2）网侧变频器启动(S6)。由LSC 的J8-2 号端子发出230VAC 给网侧接触器，网侧接触器K340.4 闭合，同时预充电接触器断开，能量从电网经网侧变频器至直流母排，母排电压为1050VDC，网侧变频器提供系统所需无功能量，包括变压器、高频滤波装置等。在此状态时，由LSC 的J8-2 号端子发出230VAC 同时也给了定子接触器K150.1，但定子接触器不吸合，此时定子接触器等待GSC 的J8-2端子发出24VDC 给定子接触器，只有2 个信号电压同时满足时，定子接触器才能吸合
7、。,22,工作过程,（3） 机侧变频器启动(S7)。网侧变频器电流80A 左右，机侧变频器电流20A左右。此时，GSC 给发电机转子励磁，GSC 根据发电机并网所需的条件来不断调节GSC 发出的电压、频率等。,23,变频器工作过程,（4） 同步(S7-syn)。风机转速达到1300rpm，机侧变频器注入140A 电流，发电机定子侧电压达到690VAC。处于此状态时，由LSC 从电网获得的电压、频率等参数与GSC 从发电机定子侧获得的参数进行比较，此过程最多可持续1 分钟。,24,变频器工作过程,（5） 定子接触器闭合，发电(S8)。定子电压幅值、相位、频率与电网电压近乎一致，由GSC 的J8-
8、2 端子发出24VDC 给定子接触器，定子接触器闭合，风机并网发电。,25,风能流向,26,发电机,双馈异步发电机定义及系统组成,双馈异步发电机的定义：双馈异步发电机是恒频发电机的一种，发电机的定子和转子直接或间接与电网相连，并进行能量交换。双馈异步风力发电机系统组成如下页图所示，图中省略了变压器、滤波器等构件。其中定子通过并网开关直接接入电网，转子通过变频器接入电网。转子上装配有光电编码器。,27,双馈异步发电机的系统组成图,28,发电机,双馈异步发电机的基本参数,工作制： 连续 相数： 三相 额定功率： 1520 KW 额定转速： 1800 r/min 转速范围： 1000-2000 r/
9、min 中心高： 500 mm 额定功率下的效率：97% 额定功率因数： 1 定子绕组连接方式：三角形 定子额定电压： 690 V 定子额定电流： 1064 A 定子额定频率： 50 Hz,29,转子类型： 绕线式 转子绕组接线方式：星型 转子额定电压： 419 V 转子堵转电压： 2018 V 最大转子电流： 450 A 绝缘等级： H 级 结构型式： IM B3 极数： 4 极 冷却方式： 机壳水泠 绕组温升限值： 105 K 转向： 从输出轴方向观察为逆时针 防护等级： IP54 重量： 不大于 6350 kg,30,当发电机转速小于定子旋转磁场同步转速1500rpm时，发电机处于亚同步
10、状态，此时转子通过变频器从电网中吸收功率，定子直接馈送电能给电网；当发电机转速大于旋转磁场的同步转速1500rpm时，发电机处于超同步运行状态，此时转子通过变频器馈送电能给电网，定子直接馈送电能给电网；当发电机转速等于旋转磁场的同步转速1500rpm时，发电机作为同步电机运行，转子有功几乎为零，既不从电网吸收有功率也不向电网馈送有功。变频器向转子提供接近于直流的无功励磁电流。当发电机转速变化时，通过调整转子的频率响应变化，可使定子电流频率保持恒定不变，即与电网频率保持一致，实现了变速恒频控制。,发电机运行过程,31,偏航系统位于塔筒与主机架之间，由四组驱动装置、偏航卡爪、滑动衬垫和大齿圈等零部
11、件组成（见下图）。大齿圈与塔筒紧固在一起，偏航驱动装置和偏航卡爪均与主机架连接在一起，外部有玻璃钢罩体的保护，大齿圈上下布置滑动衬垫。偏航装置根据风速风向仪测得的风速风向信号，通过同步控制的四组驱动装置绕着偏航齿圈转动机舱。偏航系统设置有限位开关，能够自动解缆。,偏航系统,32,偏航控制系统,偏航控制系统由风速风向仪、偏航计数器、偏航驱动以及NCC300 柜内的偏航变频器组成。偏航变频器主要为偏航电机和偏航计数器等提供电源，实现变频启动，减小电流对于电机启动时的冲击。偏航变频器将偏航系统各传感器相关信息反馈给PLC，并根据PLC 程序指令控制偏航电机的工作。,1、偏航条件：风速风向仪将检测的风
12、向传送到PLC 内，当风向与机舱角度达到12 度， 根据预定程序，PLC 向偏航变频器输入偏航指令。然后，变频器向偏航电机提供动力，并检查各传感器的工作状态，根据偏航计数器记录的角度，准确偏航。,2、偏航限制：当偏航角度超过700时，机组则进行反向解缆，用于保护电缆，防止扭损。机组偏航时，偏航功率不能低于4KW。机组静止时，机舱最大位置改变不大于1 度。,3、偏航制动：当偏航结束时，偏航变频器停止向偏航电机供电。此时，每台偏航电磁刹车将提供约8100NM 的制动力矩，定位机舱。同时，根据偏航计数器的记录，确定机组停机定位状态。,33,偏航系统上的传感器,风速风向仪是偏航系统最重要的组成部分之一
13、，它的主要作用是用来测量风速和风向。,偏航计数器是安装在主机架与大齿圈之间软件上测量偏航时角度,硬件上限制偏航角度。机组在偏航时，大齿圈带动计数器上的白色塑料小齿轮转动，通过计数器自身编码器计量偏航角度。当超过700时，软件极限报警被触发，将停止偏航，防止电缆扭损。硬件上超过720 时触发报警。,34,变桨系统,变桨系统作为主要的制动系统使用，可以在额定功率范围内对风机速度进行控制。变桨系统包括三个驱动装置，有变浆电机，变浆减速机和变桨轴承，可以实现每个叶片单独调整。,变桨系统可实现的功能如下：当风速超过额定风速时，通过控制叶片角度来控制风机的速度和功率；当机组产生故障时，叶片可作为空气动力制
14、动装置使机组安全停机；当风速低于额定风速时，通过调整叶片角度从风中吸收更多的风能。,35,变桨系统的工作过程,36,变桨系统中的传感器,37,变桨系统的手动模式,由于三支叶片分别由独立的3 套变桨控制单元来控制，因此我们既可以同时控制3支叶片变桨，也可以通过手动控制盒对每支叶片进行独立变桨。手动模式通过连接手动操作盒来设置，且手动模式要优先于其他控制方式。,38,变桨系统主要有以下几种停机方式： 正常停机 快速停机 安全停机 紧急停机 超速停机,变桨系统的停机方式,39,滑环,滑环是联系机舱控制柜和变桨控制柜的重要纽带，其安装在齿轮箱的一侧是静止的，靠近轮毂的一侧是随轮毂的转动而旋转的。轮毂内
15、各电气系统的电源、PLC 发送给变桨控制系统的控制信号、变桨控制系统反馈给PLC 的状态信号，都是通过滑环来传输，同时滑环还有检测轮毂转速、过压保护等其他功能。,40,UPS系统,UPS 电池系统是风力发电机组的后备电源。当发生电网故障造成供电中断时，由UPS 系统继续为控制系统和变桨系统提供电源，保证风力发电机组的正常停车。,41,机舱内UPS 电池系统主要由30块额定电压为12VDC的电池串联组成，单块电池容量为5Ah；整个系统包括充放电回路、电压检测回路、电池组和加热回路等部分。其中充放电回路和电压检测回路等位于机舱控制柜NCC310 内，电池组和加热回路等位于发电机尾部BAT300 柜内。,
