并网型风机介绍

并网型风机介绍主要内容第一代并网风机：定桨定速型异步风力发电机组•拓扑结构•主要特点•并网运行特性第二代并网风机：变桨变速型双馈风力发电机组•拓扑结构•主要特点•并网特性第三代并网风机：变桨变速直驱型永磁同步风力发电机组•拓扑结构•主要特点•并网特性第一代并网风机：定桨定速型异步风力发电机组•拓扑结构•主要特点•并网特性定桨定速型异步风力发电机组拓扑叶轮增速齿箱风能→高速机械能高速机械能→电能低压→高压改善机组并网稳态特性、暂态特性异步鼠笼式发电机软并网升压变电网侧无功补偿名称解释：定桨定桨：指叶片的角度固定不变，不能调节；因为定桨距导致叶片的角度不能调节，所以叶片吸收的机械能完全由风资源情况决定，这意味着定桨风机出力随风的波动而波动，机组自身不能调节有功功率；而只能通过停机的方式控制其出力名称解释：异步异步：指风机采用异步鼠笼感应式发电机因为风机的异步发电机通过接触器直接连接电网，因此异步电机的电气特性就是风机的并网电气特性异步鼠笼电机P--RPM曲线（4级）-1500-1250-1000-750-500-250025050075010001250150013001325135013751400142514501475150015251550157516001625165016751700转速（RPM）功率（kW）名称解释：定速发电状态P--rpm-1500-1450-1400-1350-1300-1250-1200-1150-1100-1050-1000-950-900-850-800-750-700-650-600-550-500-450-400-350-300-250-200-150-100-50015001525155015751600162516501675170017251750转速（rpm）有功功率（kW）风机功率从0kW增大到额定功率750kW，速度从1500rpm变化到1518rpm。因为机组在额定功率以内转速变化范围很小，因此称其为定速风机异步电动机的有功--无功关系P--Q050100150200250300350-800-700-600-500-400-300-200-1000100200300400500600700800P(kW)Q(kVar)异步电机在没有出力的条件下也需要吸收一定的无功功率励磁，并随着出力的增大，无功需求也逐渐增加！为保证风机与系统之间无功交换最小，因此只要风机并网，就要投入一定的无功补偿，无功补偿随着机组处出力的增加而增大金风750机组的无功补偿装置采用TSC技术金风750机组的TSC拓扑TSC拓扑：20kVar：40kVar：80kVar：80kVar：160kVar844ABC20kVar40kVar80kVar80kVar160kVar7%Reactor7%Reactor7%Reactor690V7%Reactor7%Reactor风机并网后，第一组电容160kVar立即投入，TSC根据机组无功情况自动调节无功输出金风750机组的TSC控制策略过压保护电压穿越闭锁电压控制方式支撑电压控制方式功率因数控制方式760V783V590V607V当电压在607～760之间波动时，TSC控制机组与电网之间没有无功功率交换当电压低于607时，TSC控制投入更多电容，直到机端电压恢复至-10%以内当电压高于760时，TSC控制投入较少的电容，直到电压恢复至760以内当电压高于783时，TSC控制切除全部电容，金风750机组具体一定的高电压穿越能力当电压低于590时，TSC控制投入全部电容，机组进入低电压穿越状态，金风750机组具体一定低电压穿越能力金风750机组在不同出力下的功率因数录播P--powerfactor00.20.40.60.811.262230435158657077869196107117123132141153168182196222246257269281295311323337352366380391410439P(kW)powerfactor低电压穿越能力暂态定性分析低电压1.系统故障→机端电压低→定子线圈电压低→定子电磁扭矩下降→叶轮加速→机组可能报过速故障→机组停机→机组未实现穿越2.系统低电压过程→机组电流增加→机端电流过大→机组报过流故障→机组停机→未实现穿越吸收无功增加→机端电压进一步下降→不利于系统电压恢复3.系统故障解除→系统电压恢复→机组电磁扭矩恢复→电磁扭矩与机械扭矩反向→损伤齿轮箱机组低电压穿越能力有限定桨定速型异步风力发电机组小结定桨定速型异步风力发电机组，其并网特性类似于异步电动机特性:1、有功功率不能进行调节，通过停机控制有功功率2、采用TSC补偿的机组，能够使机组并网功率因数达到1，快速的无功电压响应有稳定电压作用，使机组并具备一定的低电压穿越能力3、采用普通接触器投切电容器的补偿方式，机组并网点无功功率控制误差相对大，机组不具体低电压穿越能力4、另外该类型风机技术成熟，运行可靠，经济性较好。第二代并网风机：变桨变速型双馈风力发电机组•拓扑结构•主要特点•并网特性变桨变速型双馈风力发电机组拓扑叶轮增速齿箱风能→高速机械能高速机械能→电能低压→高压双馈式感应发电机升压变电网侧定子线圈直接连接电网，能量占额定容量75%以上转子线圈通过变流器连接电网，能量占额定容量25%以下Crowbar电阻，防止变流器过流名词解释：变桨变桨：叶片角度可以调，一般采用液压系统或电控系统控制。能够控制叶片吸收的风能，因此变桨距风机通过调节叶片角度控制有功功率名词解释：双馈双馈：指风机采用双馈式感应电动机，该类型电机是在鼠笼式感应电动机基础上发展而来，主要区别在转子线圈上，双馈电机的转子采用线圈引出线的方式（取代了鼠笼式电机转子上的闭环铜线或铝线），该线圈通过变流器并网，而定子线圈直接并网。变流器通过调节转子上的磁场转速的方式来调节电机的转速。当电机转子转速在同步转速以上时，定子和变流器都向电网送电，当电机转子转速在同步转速以下时，定子线圈向电网送电，转子线圈从电网吸收电能，但整体表现是向电网送电。受双馈电机自身的电气特性决定，转子理论上最大的能量调节范围为电机额定容量的25%，因此一般变流器的容量为电机额定容量的25%～30%。定子需要励磁电流，可以通过变流器的转子侧进行励磁控制，所以双馈电机不需要额外的无功补偿装置，可以在一定范围内调节机组输出的无功功率（由变流器容量和控制决定）双馈感应电机特性及调速双馈电机功率--滑差特性曲线-3.5-3-2.5-2-1.5-1-0.500.511.522.533.5-0.08-0.07-0.06-0.05-0.04-0.03-0.02-0.0100.010.020.030.040.050.060.070.08滑差功率（pu）相同的功率不同的转速双馈电机可以在一定范围内调速低电压穿越能力暂态定性分析低电压1.系统故障→机端电压低→定子线圈电压低→定子电流增大→转子电流增大→crowbar电阻导通→变流器转子侧被短接→变流器控制失效转子线圈被短接→双馈电机变成鼠笼感应电机2.鼠笼感应电机的低电压穿越过程前面已经讲过，不同之处在于，第一，串联的crowbar电阻能够增加电磁扭矩，减小叶轮过速的可能性，第二，变流器在网侧的控制，可以发出一定的无功，防止电压跌落和帮助系统电压恢复。以此该类型风机具备一定的低电压穿越能力，但是低压过程中的有功功率控制、电压恢复后的电磁扭矩对齿箱的冲击，限制了机组的深度低电压穿越能力。变桨变速双馈型风力发电机组小结并网特性总结1、变桨技术使机组可以调节有功功率2、机组有一定的无功调节能力，受变频器容量小和双馈电机的自身特性影响，无功调节范围小3、机组有一定的低电压穿越能力，但不适合做深度的低电压穿越第三代并网风机：变桨宽调速型双馈风力发电机组•拓扑结构•主要特点•并网特性变桨宽调速永磁直驱机组拓扑能量回路全功率变流器叶轮直接驱动永磁同步发电机升压变压器电网电压、电流检测信号放电电阻风能→电能变频变幅值→工频690V低压→高压并网有功控制基本原理•调节叶片的角度，风机可以实现有功输出调节•控制叶片旋转速度，风机可以实现有功上升速率控制变桨系统控制风机的有功功率无功功率控制原理介绍控制原理风机通过全功率变流器控制输出电压幅值方式控制与电网的无功交换，采用全功率变流器，无功调节范围宽，机组具备一定电压调节能力.在暂态过程中，机组送出的容性无功电流可以达到机组额定电流的100%，响应时间ms永磁同步电机全功率变流器能量回路升压变压器电网侧低电压穿越过程的基本原理介绍：系统故障1.系统故障→机端电压低→机端电流增大→变流器控制机端最大短路电流为1600A，并根据电压跌落深度调节向系统送出的无功电流大小2.系统低电压过程→发电机正常发电→直流电容电压升高→触发放电电阻放电→电容电压恢复正常3.系统故障排除→变流器控制网侧正常发电→无功功率输出为0→有功功率等于电机输出功率→直流电压正常→放电电阻停止放电4.机组具备极强的低电压穿越能力，能够实现零电压穿越，同时在低电压过程中发无功功率，支持系统恢复金风77/1500kW机组黑龙江抚远现场的低电压穿越录播（时间2009年5月30日16：28：15）16：28：15-100010020030040050060070080016:27:5016:27:5916:28:0816:28:1616:28:2516:28:3416:28:42050100150200250300350400450I1rmsPQU1rmsU2rmsU3rms黑龙江省龙源分公司抚远风电场现场低电压穿越记录情况介绍•时间：2009年5月30日16：28：15（机组就地记录）•风速：6.5m/s上下•风机有功功率：300kW左右•电压跌落类型：三相对称跌落•跌落深度：最低相电压258V，为额定电压64.8%•持续时间：电压低于90%以下持续时间为19s•机组最大无功功率：450kVar•机组最大电流（有效值）：700A金风1500kW机组启动过程中电压实际波动情况采样时间（ms）010020030040050060070080090005000100001500020000250003000035000电压（V）电流（A）有功功率（kW）机组并网时电压直接稳定在690V，无电压冲击过程；启动过程中功率上升率基本不变；并网时刻冲击电流120A左右，远远小于额定电流1200A总结定桨定速异步风机变桨变速双馈风机变桨宽调速永磁直驱风机有功控制停机方式控制可以调节可以调节无功控制不能能够调节无功无功调节能力强，具备一定的电压调节能力低电压穿越能力弱可以实现穿越可以实现深度甚至0电压穿越，并且控制低电压穿越过程中向电网发无功功率，帮助系统电压恢复其他机组发电机通过变流器并网，实现风机的柔性并网控制，并网特性可编程。另外机组无齿箱，结构简单维护少。叶轮调速范围宽，风能利用效率高