GW82-1500金风技术-中文资料

金风82/1500kW风力发电机组技术参数序号 部件 单位 规格机组数据1.1制造厂家/型号新疆金风科技股份有限公司金风82/15001.2额定功率KW15001.3功率调节方式变桨变速调节1.4叶轮直径m821.5轮毂高度（推荐）m701.6切入风速m/s31.7额定风速m/s10.31.8切出风速(10分钟均值)m/s221.9极大风速m/s52.5(GLIIIA)1.10全场可利用率≥95%1.11运行温度范围-30°C至+40°C1.12机组生存温度°至°-40C+50C1.13设计使用寿命年≥20叶片2.1制造厂家/型号SINOMA40.2或类似叶片2.2叶片材料m/s玻璃纤维增强树脂2.3叶尖线速度38.8～74.58m22.4扫风面积5324发电机3.1制造厂家/型号金风科技/直驱永磁同步发电机3.2额定功率kw15803.3额定电压V6903.4额定电流A6603.5防护等级IP233.6润滑方式加注润滑脂3.7润滑脂型号rpmSKFLGEP23.8额定转速及其转速范围（～）17.3917.33.9并网转速rpm93.10绝缘等级F级（≤150℃）3.11电机极数883.12电机频率范围Hz6.6～12.7变流器4.1变流器型号IGBT变流器4.2视在功率KVA15794.3额定输出电压V6904.4额定输出电流A13974.5输出频率变化范围Hz50±0.44.6防护等级IP54功率因数调节1/4额定功率容性0.95～感性0.954.7范围或采用定2/4额定功率容性0.95～感性0.95变桨矩风电机3/4额定功率容性0.95～感性0.95组的功率因数额定功率容性0.95～感性0.95主轴5.1 制造厂家主轴承6.1 制造厂家/型号制动系统7.1主制动系统7.2第二制动系统偏航系统8.1类型/设计8.2控制8.3偏航速度8.4偏航轴承形式8.5润滑方式8.6制造厂家/风速仪型号(标配)8.7制造厂家/风向标型号(标配)液压单元9.1 制造厂家/型号控制系统10.1 控制单元类型10.2 主开关柜10.3 额定频率10.4 逆变器额定输出电流10.5 软并网装置/类型10.6 额定出力的功率因数防雷保护

吉鑫SKF/NJ28/710ECMA/VR567SKF/BT2-8168/HA1VR6023个叶片顺桨实现气动刹车发电机刹车（用于维护过程）电动机驱动/四级行星减速°/s主动对风/计算机控制（分钟圈）0.512/外齿圈四点接触球轴承自动加注润滑脂(FUCHSGLEITM585K)HAWE/A4002M10PLCHz50A1397IGBT逆变≥0.89按照IEC61312-1995IEC61643-199511.1防雷设计标准IEC61024、IEC1024-I设计，符合GL认证规范11.2防雷措施电气防雷、叶尖防雷等11.3风机接地电阻Ω≤4塔架12.1类型钢制锥筒（内设爬梯及防跌落保护）12.2轮毂高度（推荐）m7012.3表面防腐喷漆防腐重量13.1机舱（不包括叶轮和发电机）Kg1180013.2发电机Kg4360013.3叶片Kg608513.4叶轮（包含叶片、轮毂）Kg32105第1页标准空气密度1.225kg/m3下的静态功率曲线风速功率kWm/s326.861600490.065183.2914006323.067518.7812008779.36100091086.98101415.55800111500.00121500.00600131500.00141500.00400151500.00161500.00200171500.000181500.00345678910111213141516171819202122191500.00201500.00211500.00221500.00金风82/1500kW风电机组（SINOMA40.2叶片）标准功率曲线第2页标准空气密度1.225kg/m3下的机组推力系数曲线风速CTm/s1.000620.826090.792490.792550.792580.792580.73105100.66457110.46443120.33928130.26053140.20630150.16705160.13779170.11549180.09808190.08428200.07314210.06402220.05648

1.21.110.90.80.70.60.50.40.30.20.103 4 5 6 7 8 9 金风82/1500kW风电机组（SINOMA40.2 叶片）推力系数曲线第3页主要材料表部件名称使用材料材料性能机舱底盘QT400-18ALGB/T1348-88轮毂QT400-18ALGB/T1348-88发电机动、定轴QT400-18ALGB/T1348-88转动轴轴承SKF或FAGSKF或FAG偏航齿轮42CrMoJB/T6396-1992刹车片烧结摩擦材料JB/T3063振动的设计标准部位允许振动标准机舱≤1.47m/s2发电机≤1.8mm/s2第4页机组技术说明3.1 总体设计方案金风1500kW风力发电机组采用水平轴、三叶片、上风向、变速变桨距调节、直接驱动、外转子永磁同步发电机并网的总体设计方案。 功率控制方式采用变速变桨矩控制， 每一个叶片上有一个变桨轴承，变桨轴承连接叶片和铸铁结构的轮毂。在额定风速以下采用变速调节，额定风速以上叶片桨距角可根据风速和功率输出情况自动调节。 发电机采用多极外转子永磁同步发电机，采用直驱方式，叶轮直接同发电机转子连接。发电机自然风冷，无需电网励磁，发电机低速运转（ 9～19rpm）。 变速恒频系统采用 AC-DC-AC变流方式，将发电机发出的低频交流电经整流转变为脉动直流电(AC/DC)，经斩波升压输出为稳定的直流电压，再经 DC/AC逆变器变为与电网同频率、同幅值、同相的交流电，最后经变压器并入电网，完成向电网输送电能的任务。随意适应50Hz、60Hz电网，优异的并网特性及低电压穿越能力，无功调节范围 宽（感性0.95～容性0.95）。金风82/1500kW风力发电机组外形图轮毂高度：70m叶轮直径：82m额定功率：1500kW机组自动偏航系统能够根据风向标所提供的信号自动确定风力发电机组的方向。当风向发生偏转时，控制系统根据风向标信号，通过减速的驱动马达使机舱自动对准风向。偏航系统在工作时带有阻尼控制，通过优化的偏航速度，使机组偏航旋转更加平稳。液压系统由液压泵站、电磁元件、蓄能器、联结管路线等组成，用于为偏航刹车系统及转子刹车系统提供动力源。 自动润滑系统由润滑泵、油分配器、润滑小齿轮、润滑管路线等组成， 主要用于偏航轴承滚道及齿面的润滑。在海上型风机，变桨系统也做了自动润滑设计。 制动系统采用叶片顺桨实现空气制动，降低风轮转速。 机组机舱设计采用了人性化设计方案， 工作空间较大，方便运行人员检查维修，同时还设计了电动提升装置，方便工具及备件的提升。 电控系统以可编程控制器为核心，控制电路由 PLC中心控制器及其功能扩展模块组成。第5页3.2 风力发电机组结构和机舱布置图直接驱动式风力发电机组主要部件包括：叶片、轮毂、变桨系统、发电机转子、发电机定子、偏航系统、测风系统、底座、塔架等。1.叶片 2.轮毂 3.变桨系统 4.发电机转子 5.发电机定子6.偏航系统 7.测风系统 8.底座 9.塔架 10.提升机金风1500kW直驱风力发电机组结构3.3 机组详细技术说明 叶轮金风1500kW直驱风力发电机组的叶轮用于将空气的动能转换为叶轮的转动机械能。 叶轮的转动是在叶片的升力做用下产生的。金风1500kW风力发电机组采用三叶片，上风向的布置形式，每个叶片有一套独立的变桨机构，主动对叶片进行调节。叶片材料使用强化玻璃钢。叶片配备雷电保护系统。 当遭遇雷击时，通过间隙放电器将叶片上的雷电经由塔架导入地下。 每一个叶片上有一个变桨轴承， 变桨轴承连接叶片和铸铁结构的轮毂。 叶片桨距角可根据风速和功率输出情况自动调节。 风机维护时，叶轮可通过锁定销进行锁定。叶轮与发电机动轴连接，动轴通过圆锥滚子轴承与定轴配合，定轴固定在机舱底座上。 设计特点功率调节采用变速变桨矩控制。在额定功率点之前，通过调节叶轮转速调节输出功率；在额定功率点后，通过变桨调节输出功率，风机输出功率可保持恒定，同时变桨矩控制在风机运行过程中能有效降低机组所受载荷。增加了结构阻尼，有效消除了叶片在高风速下运行时的有害摆振。 叶片制造工艺特点叶片成型过程中，底层为胶衣层可以和基体直接固化在一起，增加了结合力。采用镜面模具技术，提高了叶片表面光洁度，增加了叶片的气动效率。叶片主梁采用抽真空成型，消除了大梁工艺制造过程中可能出现的缺陷，有效的保证了产品质量，提高了叶片的刚性。叶片制造采用真空吸注工艺。采用航空平衡技术，每组叶片的重量互差控制在0.1%以下，重心互差在10mm以内，使风轮在转动时的不平衡度达到最小。第6页采用精密的定位工装，保证螺栓孔之间的位置精度。 叶片选材结构胶，选用特殊结构胶，各项性能指标的要求都比较高。玻璃布及纤维和胶都是经过大量的性能实验和疲劳实验后进行筛选确定的。金属件和其它零部件也都选用低温性能好，性能指标较高的材料。 叶片试验叶片经过了静、动强度和刚度度、频率试验和测试。b)叶片按德国Lloyd标准结合航空产品实验技术进行了疲劳试验，寿命超过20年。 轮毂/叶片试验轮毂采用球形结构，该结构铸造性好，材料为 QT400-18AL强度较高。 发电机发电机采用多极永磁同步电机， 永磁励磁方式结构简单，发电机是将叶轮转动的机械动能转换为电能的部件。金风1500kW直驱永磁同步发电机的额定功率为 1580kW、额定转速19rpm、极数88极、额定电压690V，绕组的绝缘等级F级，防护等级为IP23、发电机重量43.6吨。发电机由定子、转子、动定轴和其他附件构成。发电机定子由定子支架、铁芯和绕组以及其他附件组成，转子由转子支架和永磁磁极组成。发电机为六相输出，定子采用了分数槽，能更好的消除发电机的谐波影响，在转子磁极上精心设计的独特排列方式使其振动、噪声更低。独特的散热方式使发电机的温升只有 60K。采用一套独特的自冷却结构将气流通过导风套引入定子铁芯外部，当随着风速的增加，发电机功率也增大，同时产生的热量也在增加， 恰好符合发电机大功率下的冷却设计。定子绕组材料全部采用F级以上等级的绝缘材料，温升按照B级考核。定子绕组使用高性能聚酯亚胺绝缘树脂真空浸渍，优良的浸漆环境充分的保证了定子绕组绝缘性能。在发电机的定子、转子上设计制造有两个方便维护人员穿越的舱门和相应的人孔。并配有双重的机械、电气安全保障措施。金风1500kW风力发电机是外转子型，转子位于定子的外部。由于采用这种永磁体外转子第7页结构，与同功率电励磁风力发电机相比，金风1500kW风力发电机组的电机的尺寸和外径相对较小。下图显示了两种结构的对比。图中两种结构的气隙直径相同，功率输出相同。金风1500kW风力机外转子直径仅仅比定子直径大了100多毫米，而电励磁电机结构高出气隙直径很多。电机直径减小后重量减轻，易于公路运输。金风1500kW风力发电机组电机外转子结构与内转子结构对比图金风1500kW风力发电机采用直驱结构运转同步发电机。发电机转子被叶轮直接驱动，当传统结构中的齿轮箱部件取消后，润滑油泄漏、噪音、齿轮箱过载和损坏的问题因而消失了，同时也会降低用户的运行和维护成本。 金风1500kW永磁电机永磁特性说明按照发电机出口侧三相短路电流（8倍额定电流），计算短路电流产生的冲击退磁磁场强度，按照2.5倍冲击退磁磁场强度选择永磁体的额定矫顽力值，依据额定矫顽力值，选择永磁体材料。金风公司选择的1500kW发电机永磁体，工作点在退磁曲线的拐点之上，是拐点值得的3-4倍。同时我们选用的是具有较高的矫顽力值的磁钢材料，具有较高的抗去磁能力，不会造成永磁体的不可逆退磁。磁性能合格的永磁材料的内禀退磁曲线，可分为两部分。第一部分为与H轴接近平行的平行段，第二部分为下降段，平行段与下降段相交处称为拐点。当作用于磁体的最大退磁场与内禀（退磁）曲线交点在拐点右方时，最大退磁场消失后，磁体的磁通密度不会下降。但是当交点在下降段（拐点之左）时，最大退磁场消失后，磁体的磁通密度会产生不可逆下降。下面图片中Bm1为电机正常工作时磁体的磁通密度，Hm2为电机特殊状况时作用于磁体的退磁场。电机特殊状况时磁体磁通密度由Bm1下降到Bm2，电机正常工作后磁体磁通密度仍能恢复到Bm1。合格产品的内禀退磁曲线不合格永磁体的内禀曲线（出现塌肩）如下图所示，它的Br与上面图片中的Br相同。此磁体安装于电机后，正常工作时磁体的磁通密度Bm1与上图中的Bm1相同。但是当电机出现过载时，作用于磁体的退磁场Hm2与内禀曲线相交于下降段，造成磁体不可逆退磁。过载结束后，内禀曲线不能恢复原状，将形成回复线与B轴相交于（此回复线平行于内禀曲线平行段）。此时磁体的磁通密度将下降至B'm1（<），即出现不可逆下降现象。第8页不合格产品（出现塌肩）的内禀退磁曲线金风公司在设计发电机时，充分考虑到了特殊工况时产生的反向磁场对磁体的退磁作用，设计上通过计算，选取的永磁磁钢各项性能参数，能保证在过载、短路、雷击时永磁体工作点在拐点之上，永磁磁钢不会产生永久退磁现象。1500kW风机的控制系统，具有温度、过流、欠电压等多项保护功能，在非正常工况下，风机具有比较完善、可靠的保护。生产上，我公司制订了采购永磁磁钢材料详细的订货技术标准，通过量化的技术指标，控制材料的性能质量。永磁体的老化失磁随时间的变化呈对数曲线的规律，在寿命期内永磁体的磁衰减不超过5%，随着时间的变化磁性能将越来越稳定。金风1500kW机组的永磁发电机在设计已经充分考虑了余量，并在工艺上对磁钢做了稳磁处理，能够确保磁体的稳定性。同时少量的磁场减弱能够通过电机转速地调整很容易得到补偿，机组的发电效率不会受到影响。唐任远院士研究的成果为稀土永磁电机的发展和应用提供了重要基础，解决了制约永磁电机推广应用中可能失磁的技术难题，使稀土永磁电机的技术经济性能有显著提高，为稀土永磁电机的产业化奠定了基础。随着永磁材料的技术发展，永磁体的性能衰减和寿命问题可靠性已是大大提高。永磁体在电机领域的运用也是很为广泛，应用的时间也经历了几十年了，早期的铝镍钴永磁体、铁氧体永磁体它们的矫顽力、剩磁密度低，易产生性能波动。在20世纪60年代和80年代稀土永磁体相继问世，它们在性能上有了优异的特性，又经过长期的发展，永磁体的热稳定性、耐腐蚀性得到了很大的改善。同时加上电机研究开发经验的逐步成熟，使永磁电机在国防、工农业等方面获得越来越广泛的应用。永磁体的性能衰减和寿命往往不在是永磁电机的瓶颈问题，这些是可以通过永磁体的选用、设计以及电机的设计、控制等科技手段避免和提高的 制动系统金风1500kW直接驱动风力发电机组采用三套独立的叶片变桨系统， 也可在一套桨距系统出现故障不能顺桨的情况下实现独立刹车。机械刹车安装在发电机内，加压刹车，释压松闸，主要用于维护叶轮时将机组保持在停机位置。 机舱设计机舱负责将叶轮和发电机的静态和动态载荷传递到塔架。 另外，机舱罩内还有控制柜、提第9页升机、偏航系统等，外部还有测风系统。根据性质不同，机舱可分为三个部分： 1）传递载荷的铸件部分；2）供维护人员使用的工作平台； 3）由玻璃纤维原料制造的壳体。 偏航系统金风1500kW风力发电机组采用主动偏航对风形式。在机舱后部有两个互独立的传感器——风速计和风向标。风向标的信号反映出风机与主风向之间有偏离， 当风向持续发生变化时，控制器根据风向标传递的信号控制叁个偏航驱动装置转动机舱对准主风向， 偏离主风向的误差在±4度内。该系统具有以下特点：偏航轴承采用“零游隙”设计的四点接触球轴承，以增加整机的运转平稳性，增强抗冲击载荷能力；偏航工作时，10个偏航刹车闸都加有部分刹车载荷（20bar－30bar的余压），使得偏航过程中始终有阻尼存在，保证偏航时机舱平稳转动；采用了力矩特性较软的多极电机驱动，结合风电场的工况，可优化机组偏航转速，保证较小的冲击；偏航刹车为液压驱动刹车，静止时偏航刹车闸将机舱牢固锁定；偏航时，刹车仍然保持一定的余压，使偏航运动更加平稳，避免可能发生的振动现象。位于偏航电机驱动轴上的电磁刹车具有失效保护功能，在出现外部故障（如断电）时，电磁制动系统仍能使机组的偏航系统处于可靠的锁定状态。偏航减速箱的齿轮采用渗碳淬火、磨削加工的硬齿面技术。偏航齿也采用硬齿面技术，其中外齿圈齿面采用特殊工艺，提高齿面硬度值至50HRC以上，避免了长期运行产生磨损。偏航电机采用大功率低转速的设计方案，从而使偏航过程更加平稳。优化设计偏航控制系统，对偏航的路径选择进行智能判断，机组在风速较小的状态下，自行解缆，避免了高风速段偏航解缆造成的发电量损失。 机组运行及安全系统金风1500kW风力发电机组是全天候自动运行的设备,整个运行过程都处于严密控制之中。其安全保护系统分三层结构：计算机系统，独立于计算机的安全链，器件本身的保护措施。在机组发生超常振动、过速、电网异常、出现极限风速等故障时保护机组。对于电流、功率保护，采用两套相互独立的保护机构，诸如电网电压过高，风速过大等不正常状态出现后，电控系统会在系统恢复正常后自动复位，机组重新启动。具体运行过程为：第10页当风速持续10min（可设置）超过3m/s，风机将自动启动。叶轮转速大于9rpm／min时并入电网。随着风速的增加，发电机的出力随之增加，当风速大于10m/s时，达到额定出力，超出额定风速机组进行恒功率控制。当风速高于22m/s持续10min，将实现正常刹车（变桨系统控制叶片进行顺桨，转速低于切入转速9rpm／min，风力发电机组脱网）。当风速高于25m/s并持续10s钟时，实现正常刹车。当风速高于29m/s并持续1s时，实现正常刹车。当遇到一般故障时，实现正常刹车。当遇到特定故障时，实现紧急刹车（变流器脱网，叶片以10°/s的速度顺桨）。 控制系统金风1500kW风力发电机组配备的电控系统以可编程控制器为核心，控制电路是由 PLC中心控制器及其功能扩展模块组成。 主要实现风力发电机正常运行控制、 机组的安全保护、故障检测及处理、运行参数的设定、数据记录显示以及人工操作，配备有多种通讯接口，能够实现就地通讯和远程通讯。控制系统原理图 电控系统的组成金风1500kW风力发电机组的电气控制系统由低压电气柜、电容柜、控制柜、变流柜、水冷柜、机舱控制柜、三套变桨柜、传感器和连接电缆等组成，电控系统包含正常运行控制、运行状态监测和安全保护三个方面的职能。低压电气柜：风力发电机组的主配电系统，连接发电机与电网，为风机中的各执行机构提供电源，同时也是各执行机构的强电控制回路。电容柜:为了保证电网的供电质量，在逆变器与电网之间设计有 LC滤波回路。控制柜：控制柜是机组可靠运行的核心，主要完成数据采集及输入、输出信号处理； 逻辑功能判定；对外围执行机构发出控制指令；与机舱柜、变桨柜通讯， 接收机舱和轮箍内变桨系统信号；与中央监控系统通讯、传递信息。变流柜：变流系统主电路采用交－直－交结构， 将发电机输出的非工频交流电通过变流柜变换成工频交流电并入电网。第11页水冷柜：变流系统的冷却装置。机舱控制柜：采集机舱内的各个传感器、限位开关的信号；采集并处理叶轮转速、发电机转速、风速、温度、振动等信号。变桨柜：实现风力发电机组的变桨控制，在额定功率以上通过控制叶片桨距角使输出功率保持在额定状态。在停机时，调整桨叶角度，使风力发电机处于安全转速下。正常运行控制包括机组自动启动，变流器并网，主要零部件除湿加热，机舱自动跟踪风向，液压系统开停，散热器开停，机舱扭缆和自动解缆，电容补偿和电容滤波投切以及低于切入风速时自动停机。监测系统主要监测电网的电压、频率，发电机输出电流、功率、功率因数，风速，风向，叶轮转速，发电机转速，液压系统状况，偏航系统状况，风力发电机组关键设备的温度及户外温度等，控制器根据传感器提供的信号控制风力机组的可靠运行。安全保护系统分三层结构：计算机系统（控制器），独立于控制器的紧急停机链和个体硬件保护措施。微机保护涉及到风力机组整机及零部件的各个方面，紧急停机链保护用于整机严重故障及人为需要时，个体硬件保护则主要用于发电机和各电气负载的保护。电控系统的设计和实施结果能够满足风力发电机组无人值守、自动运行、状态控制及监测的要求。 变流装置金风MW级直驱永磁同步风力发电系统通过变流装置和变压器接入电网，其中变流系统主电路采用交－直－交结构，将永磁同步风力发电机发出的能量通过变压器送入电网，变流系统的主电路图如图所示：变流系统主电路原理图变流装置按照我公司永磁同步风力发电机的特点专门设计， 与六相永磁同步发电机具有很好的适应性，通过六相可控整流，有效减少或抑制了电机侧的谐波转矩脉动，同时对电机绕组几乎没有du/dt的影响。另外，从上图可看出，变流装置主回路采用多重化并联技术，提高了系统容量（小容量功率器件可用在大容量系统中）、减少了输出电流谐波。中间斩波升压是三重斩波升压，起到了稳压和升压作用，适应了风机的最大风能捕获策略，即把变动的发电机输出电压，与整流回路一起最终稳定在DC-Link电压设定值附近，使DC-Link电压稳定在逆变环节所需的直流电压上。 DC/AC变换部分采用两重逆变策略，通过采用先进的 PWM脉宽调制技术，有效减少了输出谐波（THD％<3%）、提高了系统容量。通过控制上的优化，使电压闪变指标在国际技术标准允许范围之内。第12页随着风电机组生产制造技术的进步及风电在电网总装机容量中所占比例的提高， 目前风电发达国家出台的风电并网导则都对风电场提出了更高的要求： 在规定的故障及电网电压跌落期间，保证一定时间范围内风电场能够连续运行而不脱离电网， 甚至要求风电场在电网故障发生后发出无功功率参与电网的电压控制。也就是要求风电场具有低电压穿越 (LowVoltageRide-Through，LVRT)功能。下图所示为金风科技1.5MW永磁直驱风电机组LVRT功能的具体要求。阴影部分表示风电机组在此范围内不能脱离系统，当风电机组端电压跌落到额定电压的15%时，要求风电机组能够维持运行0.2s，端电压在其额定电压的80%及以上时要求风电机组能够维持运行。金风1.5MW永磁直驱风电机组LVRT的要求风电场的LVRT功能主要由所选用机组的运行特性决定，在风电场安排的动态无功补偿装置也会起到一定的作用。金风1.5MW永磁直驱风电机组可以实现两种控制模式下的低电压穿越功能，一种控制方式是在系统故障时保持并网状态，但与系统无能量交换，当系统正常后风电机组可以迅速恢复原发电状态，保持系统平衡；另外一种控制方式是在系统故障期间保持风电机组输出电流，电流控制在1.5倍的原发电状态电流并且小于1.1倍风机额定电流(取决于故障前的运行状态)，功率因数不变。默认的控制方式为后一种控制。 变桨系统变桨驱动原理图第13页变桨电控系统主电路采用交流 -----直流----交流回路，变桨电机采用交流异步电机。变桨速率或变桨电机转速的调节，采用闭环频率控制。相比采用直流电机调速的变桨控制系统， 在保证调速性能的前提下，避免了直流电机存在碳刷容易磨损，维护工作量大、成本增加的缺点。变桨传动采用齿形带传动，变桨平稳，无需润滑，结构简单，寿命长。每个叶片的变桨控制柜，都配备一套由超级电容组成的备用电源，超级电容储备的能量，在保证变桨控制柜内部电路正常工作的前提下，足以使叶片以 10°/s的速率，从 0°顺桨到90°三次。当来自滑环的电网电压掉电时，备用电源直接给变桨控制系统供电，仍可保证整套变桨电控系统正常工作。当超级电容电压低于软件设定值，主控在控制风机停机的同时，还会报电网电压掉电故障。相比密封铅酸蓄电池作为备用电源的变桨系统，采用超级电容的变桨系统具有下列优点：充电电流大，充电时间短；交流变直流的整流模块同时作为充电器，无须再单独配置充放电管理电路；超级电容的容量随使用年限的增加，减小非常小。寿命长；无须维护；体积小，重量轻等优点。变桨系统监控系统风力发电机组监控系统通常分为中央监控系统（指通过风电场通讯光缆在风电场监控室实现的监控系统）和远程监控系统（指通过Internet实现的监控系统）。中央监控系统由就地通讯网络、监控计算机、保护装置、中央监控软件等组成。功能主要是为了利于风电厂人员集中管理和控制风机。远程监控系统由中央监控计算机、网络设备（路由器、交换机、 ADSLAsymmetricalDigitalSubscriberLoop,非对称数字用户环线）设备、CDMA模块）、数据传输介质（电话线、无线网络、Internet）、远程监控计算机、保护系统、远程监控软件组成。功能主要是为了让远程用户实时查看风机运行状况、历史资料等。金风科技作为国内最大的风机制造商，针对国产风机已经拥有了功能完善的风力发电机中央监控软件及远程监控软件。金风科技于2006年开发完成金风 SCADA(SupervisoryControlAndDataAcquisition ，数据采集与监视控制系统)系统，该系统可实时对多个电场、多种机型实现远程数据采集和监控。SCADA（SupervisoryControlAndDataAcquisition ）系统，即数据采集与监视控制系第14页统。SCADA系统的应用领域很广，它可以应用于电力系统、给水系统、石油、化工等领域的数据采集与监视控制以及过程控制等诸多领域。SCADA系统是以计算机为基础的生产过程控制与调度自动化系统。它可以对现场的运行设备进行监视和控制，以实现数据采集、设备控制、测量、参数调节以及各类信号报警等各项功能。金风SCADA系统就是风电行业数据采集及监控系统，它的核心是风机中央监控系统及远程监控系统。对于处在风力发电产业不同层次的机构，包括设计研发部门、制造商、运营商、维护部门、投资商等，满足他们对于风力发电机的运行信息的不同需求， 提供多样的信息表现方式。金风SCADA整体结构图如下所示：SCADA整体结构图 金风SCADA系统划分根据SCADA系统总体结构，系统划分为以下几个部分：SCADA前置适配器protocoladapter（协议规约转换，数据缓存，数据预处理）2.SCADA中央监控系统Centralcontrolsystem（风机就地中央监控系统）3.SCADA远程监控系统Remotecontrolsystem（风机监控，状态监测，载荷检测，功率检测，电网监测，气象数据及分析图表）SCADA代理服务器Proxyserver（电场实时数据远传，分析数据同步，远程访问代理）SCADA远程数据中心Remotedatacenter（电场通讯，电场实时及分析数据汇集，数据集市） SCADA前置服务（parkservice ）前置服务（parkservice ）以WINDOWS服务的形式运行在 WINDOWS操作系统下,主要完成与PLC的通讯，对中控和SCADA提供数据接口，对数据的采集分主要信息和其它信息的采集，主要信息循环采集，采集的数据保存在内存，供中控和SCADA调用，其它信息提供数据采集接口，当中控或SCADA要此数据时，采集数据，返回采集的数据。 SCADA中央监控系统（Centralcontrolsystem ）：金风中央监控使用数据库实现数据存储。通过实现各个风机主轮训 (Maindata) 方式实现风机数据的实时显示。通过实现各个风机单独查询方式获得选定风机的实时详细状态显示。 通过实现命令下达方式实现对选定风机的就地控制。第15页由于系统是就地控制系统。所以是一个相对独立的自动化监控系统。它通过与风机适配器的结合获得风机的各实时数据并选择存入数据库中。通过分析处理、显示、统计等一系列的过程来完成对风电厂各个风机的自动化监控。完全独立的、可追溯的、透明的操作，用户可订制监测内容，控制内容、记录和报告内容；针对风机制造商、风电场开发商、风电场运营商和风电场的业主和投资商的不同需要，可以方便的定制软件功能；统一的图形界面为用户显示他们所有的风机；统一生产报表格式为用户所有的风机；电网、变电所单元监测，控制风电场的电力系统；气象监测单元是一个独立的风速、气象参数的监测和分析；提供风力发电机组状态检测数据，通过信息分析实现风力发电机组预测性维护；提供风力发电机组的载荷检测数据，实现风力发电机组各部件的寿命预测；系统定义了各类参数的灵活查询及统计的机制，可以根据用户的不同需求进行合理、简洁的设置及统计。方便了各类不同用户的风机数据的编辑、分析、诊断的需求。就地通讯网络是通过电缆、光缆等介质将风机进行物理连接，对于介质的选择依据风电场的地理环境、风机的数量、风机之间的距离、风机与中央监控室的距离、项目的投资以及对通讯速率的基本要求制定(推荐以单模光缆为传输介质)。网络结构支持链形、星形、树形等结构。具体的连接方式需要确定风机的排布位置、及结合现场施工的便捷性制定。同时给业主提供详细的光缆铺设、光纤熔接技术文件。监控系统结构如图所示。监控系统结构图 中央监控软件金风SCADA中央监控系统软件是风电厂人员监测、控制风机，获取风机数据的平台。金风科技针对业主的普遍要求， 开发设计了适应多种不同协议风机的中央监控软件， 包括以下主要功能： 监测功能可以实时监测风机的运行状态，包括：风速、功率、叶轮转速、电机转速、发电量、发电第16页时间、外部功率、小风停机时间、小风故障时间、标准运行时间、总维护时间、偏航角、环境变量、风向角、发电机温度、总发电时间、总维护时间、无功电度＋、总发电量、通电时间、总故障时间、无功电度－、消耗电量、风可利用时间、待机时间、小风停机时间、小风故障时间、定期检修时间、外部故障时间、标准运行小时、机舱温度、风向角、偏航角度、A相电压、相电流、B相电压、B相电流、C相电压、C相电流等状态量。同时可以对全场进行监控，主页面里可以直接显示每台风机的当前状态（正常、风机故障、通讯故障），每台风机的当前数据（出力、风速），如图所示：监控软件主页面图 控制功能集中控制风电厂所有风机的开机、停机、复位、偏航。单独控制某台风机的开机、停机、复位、偏航等风机相关操作。 记录存储功能运行数据的存储，包括：主要信息时间、风机状态、风速、有功功率、电机发电量、电机发电量时间、叶轮转速、发电机转速、偏航角度、系统压力、叶间压力、风向角、机舱温度、A相电压、B相电压、C相电压、A相电流、B相电流、C相电流、功率因数、无功电度等．以数据库文件方式进行存储，每台风机每天生成一个文件。故障存储，每次风机出现故障时，都会进行记录。记录的内容包括：故障发生时间，事件名称，存储方式以数据库文件进行存储。以上数据具备打印功能，可以直接连接打印机打印出来。 报警功能声音报警：当风机出现故障时，触发声音保警或语音保警．值班人员可根据报警声来得知现场风机发生故障，进行及时处理．手机短信报警：通过配置短信模块，当风机出现故障时，可以通过相应的短信发送，将故障信息发送到定制的手机上，此功能可在有移动信号的任何地域使用。第17页 权限设置（保护）功能系统采用了先进、简便的用户组、用户权限自定义功能完成系统功能权限的自定义与保护。用户可根据不同的操作需要定义含有不同权限的用户组后添加属于此用户组的用户， 系统会根据登陆用户所含有的不同权限检索相应的功能。此功能类似与 Windows操作系统中的用户组与用户的关系。操作简便、拥有较强的系统保护功能。 图形绘制功能可以绘制每台风机的功率曲线、 风速趋势图、关系对比图、风玫瑰图、 风速－时间曲线。数据可以导出。同时在同一个坐标系中，可以显示该风机的具体采集数据，便于对比。 报表功能可以对单台或分组风机进行分时段报表、 日报表、月报表、年报表的统计。报表内容包括：发电量、发电时间、维护时间、故障时间、可利用率、平均风速、最大风速、平均功率、最大功率、标准运行小时。 打印功能可以将以下数据进行打印：历史运行数据故障记录c）风机时段数据统计d）风机日数据统计e）风机月数据统计 系统日志、风机控制命令日志功能系统日志记录功能可以记录用户登陆以及具体的操作日志， 便于管理人员查询值班人员查询操作记录。风机控制命令日志功能可以查询现场操作人员对风机的控制、发送命令的具体操作记录。可以用于更加规范化的管理现场值班人员针对风机的各项操作。 风机参数设置功能在需要调整风机内部参数设置值时，可直接通过中央监控系统软件使用此功能进行取值与设置操作，而无需在到现场风机内部调整了。 风机校时功能在需要调整风机内部时钟时，可以在中央监控系统软件中使用风机校时功能进行校对时钟， 进行校对时，系统将根据中央监控系统计算机时间进行对选定风机进行校时。 使得电场所有风机能够达到时钟同步。第18页中央监控系统可以采用 VPN方式，使用远程客户端实现远程控制风机运行。中央监控系统有中英文两种版本。 远程监控系统金风科技根据电力行业远程数据监控要求， 确保数据的安全性，可以采用电力专网为传输介质。如果配有完善的网络路由器及防火墙，也可通过光纤、 ISDN、ADSL、CDMA、GPRS等上Internet，通过VPN实现远程监控。使远程监控机成为就地网络中一台客户端，具备现场风机远程监控功能，软件系统管理人员可以通过权限设置，来确定远程客户具备权限（特别是对控制权限的约定），从而实现远程监测（监控）。远程监控示意图如下：远程监控系统示意图 远程监控软件因为远程监控端安装系统与中央监控端完成一样，并通过 VPN实现网络连接，远程监控系统具有与中央监控完全一样的功能（注：建议系统管理员将其控制功能关闭） 。 SCADA代理服务器（Proxyserver ）：电场代理服务器主要完成电场实时数据的发送、分析数据结果的存储、远程访问代理(remoteaccessproxy) 等功能。它一方面通过电场内部局域网络与前置适配器和中控系统交互，另一方面与之相联的外网通讯设备（如 CDMA/GPRS、宽带路由器、MODEM）与互联网或专线网络相联，通过互联网将风电场和风电机组的数据实时及各系统分析结果传送到远程数据中心。在设计系统数据通讯方案中，主要需要考虑数据通讯的易实现性和通讯的效率问题。为了降低风电机组的监测数据接入远程监控中心的网络通讯技术的难度，更好的适应风电企业的实际情况，我们采用两种不同方式分别传输实时数据及分析数据。实时数据传输：由于远程监控的时效性要求不高，实时数据传输时，可以通过参数设置及数据过滤，只发送间隔时段的最新瞬态数据。分析数据同步：为满足电场及远程分析数据结果的一致性要求，我们在分析数据的传输上直接利用了数据库系统的分布式同步功能，它除了能简化系统实现外，还同时实现了很多分析数据的增量发送，减少了通信量。代理服务器还兼负着远程WEB用户的访问代理及远程维护的通道等工作。它通过路由及NAT映射，使外部网络与内部网络的某些可访问设备搭接通道。 SCADA远程数据中心：远程数据中心是一个应用服务程序由一系列中间件（ middleware）组成，它有四个主要第19页工作，一是一个负责接收各电场实时数据，形成内存数据，以供 WEB系统显示；二是与各电场数据库系统同步分析结果集；三是资源定位服务，提供远程 WEB访问电场时，电场动态 IP定位问题；四是将分析结果汇总到风电行业数据仓库 (datawarehouse )。 WEB发布通过浏览器方式提供多电场的远程监视控制功能。中国的情况是电场采用集中式管理，一般情况下电场都是上万千瓦。需要在电场建立中央监控室，配置中央监控系统，完成风机的监视与控制。不采用远程控制方式控制风机的运行。风机的远程控制将使用浏览器作为客户端，通过 SCADA远程监控实现。 金风1500kW风力发电机组通讯介绍金风1500kW风力机采用工业以太网(Ethernet)的通讯方式，风力机端通讯接口为为 RJ45电气接口。就地通讯网络是通过电缆、光缆等介质将风机进行物理连接， 对于介质的选择依据风电场的地理环境、风机的数量、风机之间的距离、风机与中央监控室的距离、项目的投资以及对通讯速率的基本要求制定(推荐以单模光缆为传输介质)。网络结构支持链形、星形、环形等结构。具体的连接方式需要确定风机的排布位置、及结合现场施工的便捷性制定。一、通讯拓扑结构1、总线型网络总线型网络指各网络结点通过线路依次串联的网络。总线型网络的特点是组网简单，但信息传输占用同一物理链路，信号传输速率受到限制。其网络示意图如下，如下图。2、环型网络环型网络是指依次将各网络结点连接后，将链路首尾结点也连接的网络。环型网络是总线型网络的改进，它使数据传输的物理链路有2个方向，当一条链路出问题时，会启用另一条链路，如下图。3、星型网络星型网络是指某一结点与其他结点均有物理链路连接的网络。星型网络的特点是主结点与其他结点均有独立的传输链路，信息传输速率高，信息独立，保密性好，但组网复杂，成本高。其网络示意图如下：如下图。从网络的稳定性，布线的便捷性，成本综合考虑，推荐采用环形拓扑结构， 该结构特点是第20页可以防止因某台风机断电，导致后面风机数据不能上传的情况，某电厂5台兆瓦风力机通讯即采用的是环网结构，如下图二、光缆(光纤)选型要求1、敷设方式：需要确定光缆采用架空还是直埋方式。架空可选 ADSS型光缆，直埋可选GYTA53型光缆。2、光纤芯数：根据网络需要，可选用用 4芯或8新光缆。光缆芯数采用四芯时，要求按下图的方式进行布线（以某风场 5台兆瓦风机为例）。采用四芯光缆时，需要从最后一台风机处再拉一根光缆去中控室。光缆芯数采用8芯，要求按下图的方式进行布线。采用八芯光缆时，需要将其中的四芯从 31#->32#->33#->35#->34#->监控室全部熔接起来，这样将增加熔接成本，但可以节省了光缆成本。单多模光缆：风机数量较少，排布均匀，离控制室距离近（小于 2kM）可选多模光缆；风机数量较多，排布不均匀，离控制室远（大于 2kM）建议使用单模光缆。光纤接头：需要和光纤转换器接口类型一致，通常为 SC、ST、FC型接头，推荐采用是ST型接头。光缆预留：现场的每个通讯端（机组）都需要盘至少 15m作为余量。三、光纤以太网交换机选型技术要求光纤以太网交换机是以太网数据传输中最重要的网络设备， 该设备运行的好坏，直接影响了网络的质量，因此设备的选型要求至关重要，建议按照以下要求进行选型：产品设计及元器件选用上满足工业现场需要。机械环境适应性（耐振动、冲击）、气候环境适应性(工作温度-35－＋75；耐腐蚀、防尘、防水)，满足要求。符合IEEE802.3标准、电磁安全认证、工业控制设备认证等。4.支持工业级环网协议，链路故障恢复时间小于300毫秒。电源为宽电压，工作电压在18VDC~36VDC，双冗余设计，有过载保护功能。安装方式采用导轨式。散热方式为无风扇外壳散热。外壳材料为高强度和金外壳。第21页电口自行调整直行或交叉线，可选双共或半双工。有LED灯显示电源/连接、活动状态/速率。可组成光纤链网、环网、星型网、相切环。12.应具备4-6个电口；2对光口，SC或ST型单模接口。点对点传输距离在 20KM。四、机组内光端机的原理及接线方式如下图。第22页控制器X002网线X24V2:3光纤以太网交换机X0V2:3上一台机组光纤 下一台机组光纤五、通讯材料第23页名称技术要求以太网端口RJ45电口电源24VDC网线屏蔽五类双绞线,2米光纤以太网交换机2个光口6个以太网口，单模，接头与尾纤一风机处致.24VDC供电，具备环网功能光纤尾纤接头与交换机一致，单模、3米终端盒2进16出、出尾纤、4×M6螺栓固定，螺栓间距85×220中央监控机主流商用机或工控机前置机研华P4/2GB/80×2GB监控软件光纤以太网交换机2个光口6个以太网口，单模，接头与尾纤一致，24VDC供电，具备环网功能。光纤尾纤接头与交换机接口一致、单模、3米中控处2进16出、出尾纤、4×M6螺栓固定，螺栓间距终端盒85×220中控交换机网线屏蔽五类双绞线。机柜2米电源220VAC 电网连接说明第24页风力发电机组与电网联接采用一机一变的形式，考虑经济性也可以两机一变。以组合式箱变为多，具有安全可靠性高、技术性能先进、损耗低、安装使用方便、维护工作量小、符合环保要求、结构简单、体积小、组合化、智能化等众多优点。送电回路由风机的进线主开关通过四根直埋电缆与箱变低压侧相连 ,箱变为美式变压器，接线组别为 Dyn11,简单回路如图所示：1500Kw风机风机主开关箱变低压侧开关1600kVA箱变高压跌落保险线路风力发电机与电网联接示意图注：图中高压侧开关箱带有防雷器件推荐电缆及箱变型号序号名称型号数量备注1组合式箱变ZS9-1600/0.69/1012低压电缆YJV22-3*240+1*150-0.6/1每相4根现场距离可调整注：根据电控系统的不同，风机的出口电压为 690V，箱变的出口电压 10KV或35KV。在整个送电回路中，箱变起到变压和保护的作用，当线路和电网出现故障时，保护变压器不被损坏。接地系统通过电控柜内的接地点用电缆连接至接地扁铁， 镀锌扁铁又从风机基础环引出两点接地，和箱变的接地系统连接成整体接地，接地电阻小于 4欧。低压电缆的 N线和柜内的接地点共接，形成 NPE系统。对于风机系统的并网操作而言，因为该 1500KW发电机是同步发电机，因此风机系统在并网运行之前，需要满足一定的并网条件，这些条件是：风电机组端电压大小等于电网电压；风力发电机的频率等于电网的频率；并联合闸的瞬间，风电机组与电网的回路电动势为零；风电机组相序与电网的相序相同；第25页风力发电机有固定的旋转方向，只要使发电机的输出端各相相互对应，即可保证第四条条件得到满足。所以并网过程中主要检测前三条并网条件。风力发电机的起动和并网过程如下：由风向传感器测出风向并使偏航控制器动作，使风力机对准风向。同时检测风速（只要有风发电机转子就有转动，随着风速的增加励磁电流也逐步增加，即电机端电压逐步升高），当风速超过切入风速时，通过换流器的同步并网技术和变浆系统控制功率实现风机并网且冲击小。当电网系统及风机系统正常并且风速大于等于风机的启动风速时，风机将启动：首先风机变浆系统控制叶片角度由停机时的顺浆状态调节至一定的角度，使叶轮可以吸收少量的风能并慢慢提高转速，当叶轮转速到达8.5转/分钟左右时，风机叶轮速度将不再增加，此时吸收的风能刚好克服机械摩擦阻力使叶轮维持该转速；然后风机将启动换流器来跟踪电网电压幅值、电流幅值、电网频率及相序，在完全同步后闭合主接触器，风机完成并网，因为此时风机的输出功率接近于零，所以对电网冲击也非常小；在闭合主接触器后，风机通过变浆系统控制叶片角度使吸收的风能渐渐增大，风机的输出功率也将随之提高。推荐箱变主要技术参数：型号：ZS9-1600/0.69/10额定电压： 0.69KV（低压）/10KV（高压）容量：1600KVA联结组别：Dyn（即高压侧三角形联结，低压侧星形联结并中性点接地）额定频率：50Hz短路阻抗：Ud＝符合GB/T6451-1999空载电流:应符合GB/T6451-1999规定空载损耗:应符合GB/T6451-1999规定负载损耗:应符合GB/T6451-1999规定变压器工频耐压：35KV冲击耐压：75KV温升限制：绕组温升≤65K，顶层油面温升≤55K，同时满足GB1094.2-1996(变压器温升限值)、GB/T11022-1999(高压电器设备温升限值)和GB7251.1-1997（低压电器设备温升限值）规定运行噪音：距箱变本体 1m处，噪音不超过50dB调压方式：无励磁分接开关，分接范围± 2×2.5%防护等级IP33。冷却方式：ONAN（户外自然冷却，同时要满足组合式变压器相关国家标准的规定） 。防雷性能要符合相应国家标准 ,需要在高压侧安装避雷器。第26页变压器油选用优质矿物油，箱变内配 45#变压器油，油为其介电强度、粘度、着火点及杂质含量必须符合相应国家标准，尤其是要适应使用当地最低气温标准（有必要则要有低温加热装置）。产品总的质量水平达到该产品相应的国家、行业标准的规定。箱变的底座基础由箱变供货厂家提供设计方案。产品选用的材料、基本电气元器件应满足相应国标技术要求。第27页金风1500KW机组的并网特性由中国电力科学研究院进行了仿真研究，有关结论如下：3.5 金风MW机组特性 对比其它机组具有以下优点：由于机械传动系统部件的减少，提高了风力发电机组的可靠性和可利用率；降低了风力发电机组的噪音；永磁发电技术及变速恒频技术的采用提高了风电机组的效率；由于无齿轮箱，大大降低了风电场风力发电机组的运行维护成本；相比，仅是每三年更换一次齿轮箱润滑油一项，就能节省大量费用。机械传动部件的减少降低了机械损失，提高了整机效率，Cp值在低风速段明显偏高。风机设计结构简单，变流设备、电控设备等易损件都在塔筒底部，维修非常方便。发电机在低转速下运行，损坏机率大大减小。利用变速恒频技术，可以进行无功补偿；由于减少了部件数量，使整机的生产周期大大缩短；全变流技术，电能品质获得WINDTEST认证；可以从内部进入轮毂维护变桨系统，提高了人员的安全性；第28页 对比目前国际市场上现有的直接驱动机型，具有以下优点：发电机效率高，变速范围宽（9rpm～19rpm）；永磁体外转子，励磁方式结构简单，无励磁损失；减小了传统电励磁的体积，降低了可能发生故障。无碳刷和滑环，减少了维护量，提高了可利用率；变桨系统采用带传动，无需润滑，免维护；变桨系统采用无刷交流电机，电容作为后备电源，寿命长，免维护；变频装置采用经过验证的成熟技术，谐波分量低。机舱结构设计采用了人性化设计方案，尽可能地方便运行人员检查维修，在设计中加入爬升助力装置(助力装置为可选件，费用单独计算)，使运行人员在维护过程中攀登梯子时变得格外轻松。 对比目前国际市场上现有的双馈风电机组对电网影响 ，具有优势：由于接入电网的风电装机容量的不断增加，其对电网接入品质的要求越来越严格。金风MW风电机组带有现代变流装置，可满足上述接入电网要求。从回馈到电网的短路电流角度上看，金风MW风电机组也能满足电网要求。金风MW风电机组的电力特性在满功率状态下被测试，同时满足E.ON准则和FGW准则要求，也被 DEWI认证。金风1500kW风电机组采用全功率变流装置（VESTAS,GAMESA,GE,REPOWER等采用双馈风电第29页机组，双馈机组采用的不是全功率变流装置） ，ENERCON风电机组也是类似。这意味着永磁发电机对电网没有任何影响，主要影响只是关系到网侧变流装置。至于所有电力系统仿真而言，风电机组的输出特性表现为电压特性（变流装置） ，而独立于电源（发电机）。金风1500kW风电机组基本运行模式为恒无功功率运行模式。 金风MW机组对弱电网的适应性金风1500kW直驱永磁风电机组针对弱电网地区使用需求，特地优化了机组的电网兼容性问题，可很好的适应弱电网可能发生的电网电压跌落，电网电压过高、 、频率波动、谐波和无功功率等等以往风机技术无法解决或很难解决的技术问题。金风1500kW直驱永磁风电机组满足国际先进的风电场电网接入技术规范 --德国E.ON准则和FGW导则技术要求。整机系统在全功率负载试验下的测试结果证明，其电网接入特性满足了最新E.ON准则和FGW导则技术要求，同时也被DEWI认证。另外，从金风1500kW永磁直驱风力发电机组主回路框图如下，可看出，决定机组网接入特性的核心部件--变流系统主电路采用交-直-交结构并将风力发电机发出的能量送入电网。其中交－直变换部分采用六相整流器，直-直变换部分采用三重升压斩波器,（直流侧还配备了基于PWM技术的制动单元，很好的适应了电网电压跌落状况），直-交变换部分采用两重PWM逆变器,输出侧还配备了LC滤波装置。金风1500kW永磁直驱风力发电机组主回路框图结合上图，我们可总结出金风 1500kW风机优越的电网接入特性如下：欠压特性当电网交流电压从其初始值开始下降并使风机输出交流电流开始大于1.5倍起始电流或开始大于1.1倍额定电流时，风电机组的输出功率和功率因数将为恒定。若电网电压继续降到15%额定电压，则风机也可保持输出电流水平为小于等于 1.5倍起始电流或小于等于 1.1倍额定电流，持续时间为 200ms，这段时间内，风机输出功率和功率因数也将为上述恒定值。当风机输出交流电压进一步下降并低于 15%额定电压则风机将停机。如果交流电压降到 5%额定电压以下，则风机将关机。可知，金风 1500kW机组对电网的各种电压跌落情况具备了很好的适应能力。过压特性当电网交流电压从其初始值开始上升时，风电机组的输出功率和功率因数将为恒定。如果风机输出交流电压开始超过106%倍额定电压（或升到110%额定电压以上，这可通过风机PLC调节，看实际需要而定）风力发电机组电流将减少到零，但是当电压开始小于电压的上述上限值则风机交流电流即将恢复。当风机输出交流电压超过该电压上限风机将停机。第30页频率特性可调的有功功率输出（可限制的功率梯度，可限制的最大有功输出） ，即根据电网要求，调节频率变动范围为 47.5～51.5 Hz之间，在此使风机停机的频率限制（一般是± 1%，即49.5～50.5）可根据不同电网的要求而不同（可调节） 。功率因数调节特性金风1500kW风电机组根据电网对无功功率的要求可任意调节其输出输入无功功率。一般其功率因数调节范围为感性 0.95～容性0.95,根据电网情况的不同而不同。短路特性金风MW机组在电网短路状态下只有 1.5～2.5倍的额定扭矩，大大低于感应电机（包括双馈电机）的7～9倍，很大程度上增强了风机的电网故障跨越能力。谐波特性从上图可知，金风 MW风机对谐波的控制采用了多环节（整流、斩波、逆变、滤波器环节都有对谐波的抑制策略）、并联多重化（三重整流、双重逆变技术）控制策略，降低 THD%<3%以下，很大程度上优化了机组的电网接入性能。总之，通过整机、变桨、斩波升压、逆变单元、制动单元的协调控制，增强了与各种电网的兼容性，具有全范围内的无功功率调节能力和对电网电压的支撑能力 , 可适应更宽范围内的电网电压变化和电网频率变化，输出电压闪变指标也很低。在逆变器出口，风机系统有一个“网侧主开关” ，其整定值与系统故障整定值如下：参数默认值单位网侧主开关设置过流（反时限）1520A2秒A速断2400AA主控系统设置低电压保护90%高电压保护110%低频率保护49.6Hz高频率保护50.4Hz延迟时间0.1s短路电流(可控)1600A注：如因机组硬件升级，以实际为准。 机组专项设计 人员安全设施塔架内设置爬梯直通塔顶机舱，并设置跌落保护装置；每隔20米设置一层休息平台；第31页考虑维护的安全性，设置风轮和偏航锁定装置；在偏航、风轮、机舱等处设置安全带卡头的固定装置；塔架爬梯设置助力装置(助力装置为可选件，费用单独计算)。 对国内风资源的适应性为了确定风力发电机组的设计参数， 我们对国内风资源状况进行了调查分析。 调查情况简要说明如下：新疆达坂城气象站多年测得10米高度处年平均风速6.4m/s。内蒙辉腾锡勒风电场根据1994年3月～1995年2月1日测风数据的整理分析，该地区风场10米高度处年平均风速为7.23m/s。浙江大多数海岛的年平均风速在6m／s左右，离大陆较远的海岛其年平均风速可达7～8m／s，沿海地区的年平均风速在5m／s以上，而内陆地区则在3m／s左右，千米以上的高山的年平均风速也有6m／s以上。吉林通榆地区40米高度处年平均风速为7.236m/s。黑龙江北部和东南部山区的适宜位置，年平均风速分别高达6.0～7.0m／s和7.0～9.0m／s以上。福建平潭风电场附近幸福洋测站10m高度处年平均风速为7.7m/s。湖北齐跃山实测的风速资料(1997年3月～2000年3月)表明，10米高度处年平均风速为7.1m／s。广东南澳果老山测站实测资料，年平均风速为10.3m/s；大王山测站实测资料，年平均风速为9.4m／s。 设计等级IEC61400-1定义了四种风力机设计等级，以适应于不同的风区，见下表。风力机设计等级分类风力机等级ⅠⅡⅢⅣSVref(m/s)5042.537.530由设计者Vave(m/s)108.57.56自定AI15(-)0.180.180.180.18a(-)2222BI15(-)0.160.160.160.16第32页a(-)3333表中：Vref是轮毂高度处多年平均最大风速，Vave是轮毂高度处年平均风速，是按照较高的湍流强度设计的等级，是按照较低的湍流强度设计的等级，I15是风速为15m/s时的湍流强度，是计算正常湍流模型时用的斜率值，是由设计者自定的等级。根据对国内风资源情况的调查， 选择风力发电机组的设计等级为 IECⅢ类设计等级，选择原因如下：IECⅢ类对应轮毂高度处年平均风速为 7.5m/s，折算到10米高度处年平均风速时，风速与高度的关系为：V0(H)H0若V0取10m高度处风速，V取70m高度处风速，α取0.16，则VV0(H)V070.161.365V0H0取V为7.5m/s，则V0为5.49m/s这意味着，如果取轮毂中心的高度为 70m，按IECⅢ类标准折算出 10m高度处年平均风速为5.49m/s，可以在全国大部分地区安全正常运行。②IECⅢ类对应抗最大风速为多年平均最大风速的 1.4倍，即37.5×1.4=52.5m/s（轮毂高度处3s均值）。 防雷保护实际上，对于处于旷野之中高耸物体，无论怎么样防护，都不可能完全避免雷击。因此，对于风力发电机组的防雷来说， 应该把重点放在遭受雷击时如何迅速将雷电流引入大地， 尽可能地减少由雷电导入设备的电流， 最大限度地保障设备和人员的安全， 使损失降低到最小的程度。金风1500kW风力发电机组的防雷系统就是遵循这一原则而设计的，从叶尖到机组基础，各部分均采用了严密的防雷击保护措施， 防雷按照IEC61024标准所规定的 I级保护等级要求，第33页77mm2铜质电缆导线把叶尖接闪器和轮毂部位的防雷参照执行IEC61400-24、DINVDE0127、GB50057-1994等标准。风机防雷系统图金风1500kW风力发电机组的防雷系统，根据相应的防雷标准，我们将风力发电系统的内外部分分了多个电磁兼容性防雷保护区。其中，在机舱、塔身和主控室内外可以分为LPZ0、LPZ1和LPZ2三个区（如图）。针对不同防雷区域采取有效的防护手段，主要包括雷电接受和传导系统、过电压保护和等电位连接等措施， 这些都充分考虑了雷电的特点而设计， 实践证明这一方法简单而有效。 雷电接受和传导系统作为风力发电机组中位置最高的部件，叶片是雷电袭击的首要目标，同时叶片又是风力发电机组中最昂贵的部件，因此叶片的防雷击保护至关重要。研究结果表明叶片的完全绝缘不能降低被雷击的风险而只能增加受损伤的程度，还有，在很多情况下雷击的位置在叶尖的背面。根据IEC61400-24《风力发电机组防雷击保护》标准的要求，对叶片进行防雷击设计。在叶片叶尖部位安装一个金属接闪器，用引下线可靠地连接。叶片防雷击系统示意图按IEC61400-24标准的推荐值，如风力发电机组要达到一级防雷击保护要求，则叶片防雷击铜质电缆导线截面积最小为50mm2，因此，本设计可以满足要求。在叶片内部，雷电传导部分将雷电从接闪器导入叶片根部的金属法兰，通过轮毂传至机舱。机舱底板与上段塔架之间、塔架各段之间塔架除本身螺栓连接之外还增加了导体连接。在机舱的后部还有一个避雷针，在遭受雷击的情况下将雷电流通过接地电缆传到机舱底座，避免雷电流沿传动系统的传导。机舱底座为球墨铸铁件，机舱内的零部件都通过接地线与之相连，接地线尽可能地短直。雷电流通过塔架和铜缆经基础接地传到大地中(右图)。机组的接地按照GL规范设计，符合IEC61024-1或GB50057-1994的规定，采用平均直径大于10米的接地圆环，单台机组的接地供频电阻≤4Ω，多台机组的接地进行互连。第34页这样通过延伸机组的接地网进一步降低接地电阻，使雷电流迅速流散入大地而不产生危险的过电压。 过压保护和等电位系统金风 1500kW风力发电机组的防雷系统中所采取的过压保护和等电位连接措施根据IEC61024、61312和61400和国标GB50057-1994的相关规定，在不同的保护区的交界处，通过防雷及电涌保护器对有源线路（包括电源线、数据线、测控线等）进行等电位连接。为了预防雷电效应，对处在机舱内的金属设备如：金属结构件、金属装置、电气装置、通讯装置和外来的导体在靠近地面处作了等电位连接，连接母线与接地装置连接。汇集到机舱底座的雷电流，传送到塔架，由塔架本体将雷电流传输到底部， 并通过两个接入点传输到接地网。 隔离保护对于容易受到雷电感应过电压损害的控制系统， 金风1500kW风力发电机组采取了更加严密的隔离保护措施：控制柜体采用薄钢板制成，具有良好的屏蔽作用；控制电源采用隔离变压器进行隔离；各传感器和计算机输入端口采用光隔或压敏电阻进行隔离抗干扰保护。电缆在敷设时采取了良好的屏蔽处理。 防腐保护恶劣的环境条件和超常的使用寿命，对风力发电机组零部件的防腐提出了较高的要求，而长岛风电场四面环海，在这种腐蚀性气候条件下，机组的防腐更有其特殊的要求。腐蚀不仅影响到机组设备的美观和运行维护，严重情况下会影响到结构的强度，引发设备安全问题。金风公司在总结以往的工程经验的基础上，按照GB/T14091-1993《机械工业产品环境参数分类及其严酷程度分级》标准的要求进行防腐处理。具体采取如下技术措施：电气设备：电气控制柜体采用IP44以上的外壳防护等级，采用优质密封材料和合理的结构设计；柜体内增设防潮加热器；通过选取优质材料保证爬电距离等一系列措施提高电气设备在腐蚀条件下的性能。标准件：所有标准件采用锌铬膜（达克罗）涂层防腐。达克罗涂层由重叠在一起的独立锌片、铬酸聚合物单元组成，抗腐蚀能力极佳。经试验，达克罗涂层在经过了一百小时的盐雾试验后，才被腐蚀掉一微米。比传统的表面镀锌处理工艺，工件的耐蚀性提高了七至十倍。由于工艺特点决定了达克罗在处理过程中不进行任何酸处理，也不存在电镀时的渗氢问题，加上涂层在高温下固化，所以从工艺上保证了达克罗涂层不会存在氢脆。这使它可以被应用在抗第35页拉强度要求高的高强度零件的防腐处理。具有高渗透性、高耐气候性，高耐化学品稳定性及无环境污染等优点，特别适用于沿海地区。金属结构件和铸件：针对海洋腐蚀地区的气候特点，金风与世界著名的防腐涂料公司HEMPEL）共同制定了如下防腐方案；长岛风电场机组采用重防腐，采用国际知名品牌“海虹”老人牌防腐漆，进行三层防腐漆的配套组合方案：底漆采用双组份环氧富锌漆，具有极强的电化学保护能力和较高的结合力；中间漆采用双组份聚酰胺环氧漆，加入高强度耐磨剂，具有很强的抗风沙、抗磨损能力；面漆采用双组份聚氨脂面漆，具有良好的防紫外线能力，特别适合于沿海地区使用。机加工表面：涂抹硬膜防锈油，它是以树脂为成膜材料，加入高分子防锈添加剂并用精制石油溶剂配成的防锈油，在金属表面成膜迅速、油膜坚固、透明而均匀，能很好地保护金属表面不被氧化。采用防腐性能极佳的全玻璃钢机舱及防护罩。 抗低温性对于冬季气候严寒的地区，对设备的低温性提出了很高的要求，针对这一情况，金风1500kW采用了如下的技术措施：叶片：采用低温型叶片，适用于高、低温环境。金属材料均采用不锈钢和航空结构钢，不锈钢材料对低温不敏感，航空结构钢采用耐低温特性较好的材料，以保证叶片低温运行要求。叶片剖面图金属结构件：按照低温型技术规范，材料选用适应低温冷环境的钢材。对于焊接结构件来说，对焊缝的质量提出了更高的要求，在塔架的焊接过程中，严格按照压力容器的焊接标准及检验标准执行，从而保证了结构的低温强度。机舱内部各接合面采用密封胶密封，增加机舱的保温性。 抗高温措施对于夏季气温高的地区，处于相对密闭空间中的风机设备周围环境温度将会升高， 甚至超出设备所要求的运行环境温度范围。金风1500kW采用直驱永磁风力发电机，没有齿轮箱，主要的发热部件为发电机，采用自然风冷，电机热损耗的主要部分从叠片定子铁心传导到散热筋，然后被外部的冷却气流带走；外转子热损耗的部分被外部的冷却气流带走。变桨控制柜内有冷却风扇，可以根据温度的升高自动启动进行通风冷却， 塔架底部主控柜及变流器等电器元件散热也是通过安装一套强制通风系统， 当温度升高到设定值通风系统启动第36页进行强制循环风冷。3.6 机组主要部件运输尺寸机组型号1500kW外形尺寸(mm)重量(kg)叶片长40.2m6085kg/片叶轮(不含叶片)φ3730，高487513850kg/个机舱4100×3900×416011800kg/台发电机ф4982×1490，轴长310044000上段ф2583xф3120x2435028276kg中段ф3120xф4000x2475043579kg下段ф4000xф4200x1870045171kg塔架ф4200×16507575kg基础环其它附件4211kg总重128812kg3.7、塔架技术说明锥形钢制塔架支撑机舱、叶轮并把机组所受的力传送到基础。塔架分段设计，用螺栓及法兰连接。塔架与基础的连接是通过预埋在基础里的基础环进行连接的。偏航轴承通过螺栓直接连接在塔架法兰上。控制柜、变流器及变压器安装在塔架底部。塔架内装有爬梯、 爬升助力装置(助力装置为可选件，费用单独计算)和防跌落保护装置。塔架内沿高度方向每隔一段距离有供休息的平台。顶部平台装有进入机舱内的爬梯。塔架和机舱内部都装有照明灯。塔架内装有动力电缆和控制电缆。控制电缆采用光纤电缆，抗干扰能力强。电缆悬挂在上部以利于机舱偏航，并且在一个方向机舱偏航若干圈后机组能自动进行解缆。通过入门梯子和塔架门维护人员可轻松进入到塔架顶部。第37页塔筒内电缆配置见下表：序号电缆型号规格单位数量说明（轮毂中心高70m）1阻燃型重型橡套软电缆2根12单根长78m（1500V）ZR-YCW1-×185mm2天然橡皮绝缘氯化聚乙2根1单根长74m稀护套控制电缆KXF-3×1.5mm3天然橡皮绝缘氯化聚乙2根1单根长80m稀护套控制电缆KXF-5×6mm4天然橡皮绝缘氯化聚乙2根3单根长80m稀护套屏蔽控制电缆KXFP-10×1.0mm5DP电缆根1单根长82m6双屏蔽以太网网线根1单根长91m注：配置会因具体项目有所不同，此表仅供参考。3