風(fēng)電690V回路簡析

1、為人類奉獻(xiàn)白云藍(lán)天，給未來創(chuàng)造更多資源論文題目：SL500機(jī)組690V回路簡析論文作者：-張 建-指導(dǎo)導(dǎo)師：-孫 冬-部 門：- 金風(fēng)慧能-目錄引言21.華銳SL1500機(jī)組690V電氣回路組成及原理31.1電氣回路組成31.2各部件簡要分析31.2.1箱變系統(tǒng)31.2.2變頻器系統(tǒng)31.2.3發(fā)電機(jī)52.SL1500風(fēng)機(jī)并網(wǎng)過程分析72.1風(fēng)機(jī)并網(wǎng)過程72.1.1啟動(dòng)預(yù)充電72.1.2網(wǎng)側(cè)變頻器啟動(dòng)82.1.3機(jī)側(cè)變頻器啟動(dòng)82.1.4發(fā)電機(jī)同步92.1.5并網(wǎng)92.1.6低電壓穿越103.SL1500風(fēng)機(jī)日常維護(hù)注意事項(xiàng)113.1安全113.2維護(hù)注意事項(xiàng)114.本文結(jié)論12引言摘要：華能

2、遼寧阜北項(xiàng)目位于遼寧省阜新市阜蒙縣福興地鎮(zhèn)，總裝機(jī)容量為35萬KW，由234臺華銳SL1500/77機(jī)組構(gòu)成。結(jié)合本人近兩個(gè)月的風(fēng)場實(shí)習(xí)工作，本文主要分析華銳SL1500/77機(jī)組690V回路（即主發(fā)電回路）電氣組成器件構(gòu)成及原理，并網(wǎng)過程分析，維修保養(yǎng)注意事項(xiàng)等內(nèi)容。由于受本人知識結(jié)構(gòu)及能力限制，本人僅為個(gè)人對機(jī)組系統(tǒng)的認(rèn)識，難免會(huì)有紕漏之處，望各位領(lǐng)導(dǎo)及同仁批評指正。關(guān)鍵詞：華銳機(jī)組 690V主回路 變頻器 發(fā)電機(jī) 系統(tǒng)分析1. 華銳SL1500機(jī)組690V電氣回路組成及原理1.1電氣回路組成華能遼寧阜北風(fēng)電場690V回路電氣配置為塔基箱變（690V/35KV），塔筒電纜（包括定子電纜，轉(zhuǎn)

3、子電纜，接地線），變頻器（包括超導(dǎo)PM3000，大連國通，禾望等），雙饋異步發(fā)電機(jī)（永濟(jì)，天元，佳木斯等），并網(wǎng)系統(tǒng)等組成。其中發(fā)電機(jī)和變頻器均采用水冷散熱系統(tǒng)散熱。1.2各部件簡要分析1.2.1箱變系統(tǒng)圖1 箱式變壓器塔基箱式變壓器的作用主要包括電壓轉(zhuǎn)換，能量傳遞，線路保護(hù)等。包括高壓室，變壓器室，低壓室；高壓室即電源側(cè)，一般是35千伏進(jìn)線，包括高壓母排、斷路器或者熔斷器、電壓互感器、避雷器等，變壓室里都是變壓器，是箱變的主要設(shè)備，低壓室里面有低壓母排、低壓斷路器、計(jì)量裝置、避雷器等，從低壓母排上引出線路（690V）通過塔筒電纜為風(fēng)機(jī)運(yùn)行提供電源。1.2.2變頻器系統(tǒng)變頻器系統(tǒng)分為機(jī)側(cè)變頻器

4、和網(wǎng)側(cè)變頻器，主要作用為調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)速、機(jī)組并網(wǎng)控制、調(diào)節(jié)無功、濾波和過壓保護(hù)。圖2 機(jī)側(cè)變頻器和網(wǎng)側(cè)變頻器調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)速風(fēng)力發(fā)電的葉片及輪轂重達(dá)數(shù)噸或數(shù)十噸。操縱如此巨大的轉(zhuǎn)動(dòng)慣性體，并且響應(yīng)速度要求能跟上風(fēng)速變化是相當(dāng)困難的。目前為了調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)速一方面對槳葉角度進(jìn)行變槳距控制，變槳距控制是一個(gè)比較慢的過程，它的動(dòng)作時(shí)間以秒計(jì)算，對湍流度較大的工況，轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)并不理想，如提高變槳響應(yīng)速度，也可能引發(fā)機(jī)組的振動(dòng)超限等問題。另一方面根據(jù)公式：p = n *，p：發(fā)電機(jī)功率n：發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)速：發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)矩通過變頻器控制發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)矩來控制轉(zhuǎn)速。變頻器控制發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子電流頻率的動(dòng)作時(shí)間在毫秒級以下，可以保證發(fā)電機(jī)組在湍流度較

5、大的工況下，使機(jī)組功率穩(wěn)定輸出，降低對電網(wǎng)沖擊的不良影響。 機(jī)組并網(wǎng)控制風(fēng)力發(fā)電機(jī)組并網(wǎng)條件：風(fēng)機(jī)有功與電網(wǎng)頻率、幅值、相位均相同，方可滿足并網(wǎng)條件。在機(jī)組并網(wǎng)過程中首先啟動(dòng)直流預(yù)充電回路，如果直接吸合網(wǎng)側(cè)接觸器，較大的電勢差會(huì)對機(jī)側(cè)變頻器造成較大的沖擊，形成瞬間過電流。當(dāng)風(fēng)機(jī)達(dá)到1200rpm時(shí)，網(wǎng)側(cè)接觸器吸合變頻器開始給發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子提供勵(lì)磁，同時(shí)變頻器開始檢測發(fā)電機(jī)與電網(wǎng)的電壓、頻率和相位是否相同，如果滿足條件，變頻器控制發(fā)電機(jī)定子接觸器閉合，實(shí)現(xiàn)機(jī)組與電網(wǎng)的零沖擊連接。調(diào)節(jié)無功、濾波和過壓保護(hù)改變勵(lì)磁電流的幅值和相位，可以改變發(fā)電機(jī)定子電動(dòng)勢和電網(wǎng)電壓之間的相位角，從而實(shí)現(xiàn)無功功率的調(diào)節(jié)。

6、在機(jī)組超同步運(yùn)行時(shí)，發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子發(fā)出的交流電有很大的諧波，發(fā)電機(jī)經(jīng)過變頻器的整流、濾波、逆變、再濾波，然后并入電網(wǎng)，能減小對電網(wǎng)的諧波干擾。電網(wǎng)電壓低電壓穿越時(shí)，風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的各量都會(huì)產(chǎn)生較大的振蕩并伴有尖峰出現(xiàn)。變頻器中的Crowbar電路在電網(wǎng)電壓跌落時(shí)可以增加轉(zhuǎn)子回路的電阻，有效抑制定子電流的交流暫態(tài)分量，同時(shí)可以對直流母線電容器進(jìn)行保護(hù)。1.2.3發(fā)電機(jī)發(fā)電機(jī)是把機(jī)械能轉(zhuǎn)化為電能的設(shè)備，機(jī)組采用雙饋異步發(fā)電機(jī)，基本原理為發(fā)電機(jī)定子繞組直接與電網(wǎng)相連，轉(zhuǎn)子繞組從變頻器IGBT獲得勵(lì)磁電流，在轉(zhuǎn)子繞組上產(chǎn)生一個(gè)相對轉(zhuǎn)子的勵(lì)磁旋轉(zhuǎn)磁場n1，其與轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速n2相疊加，疊加后的旋轉(zhuǎn)磁場轉(zhuǎn)速與發(fā)電機(jī)同

7、步轉(zhuǎn)速ns保持一致，從而產(chǎn)生恒頻恒壓的電能。f = pn1+ n260f :發(fā)電機(jī)電能頻率p：發(fā)電機(jī)極對數(shù)雙饋異步通常工作在亞同步、同步、超同步三種狀態(tài)。亞同步工作狀態(tài)：轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速n2低于發(fā)電機(jī)同步轉(zhuǎn)速ns，此時(shí)機(jī)側(cè)變頻器為三相繞組提供勵(lì)磁電流，在轉(zhuǎn)子繞組中產(chǎn)生一個(gè)與轉(zhuǎn)子方向相同的勵(lì)磁旋轉(zhuǎn)磁場轉(zhuǎn)速為n1，使得n1和n2疊加等同于發(fā)電機(jī)同步轉(zhuǎn)速，此時(shí)發(fā)電機(jī)只有定子發(fā)出有功功率。ns > n2ns = n1+n2同步工作狀態(tài)轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速n2與發(fā)電機(jī)同步轉(zhuǎn)速ns一致，此時(shí)勵(lì)磁旋轉(zhuǎn)磁場轉(zhuǎn)速n1為零，此時(shí)發(fā)電機(jī)只有定子發(fā)有功功率。ns = n2n1 = 0超同步工作狀態(tài)轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速n2高于同步轉(zhuǎn)速ns，此時(shí)

8、轉(zhuǎn)子繞組產(chǎn)生一個(gè)轉(zhuǎn)速為n1的與轉(zhuǎn)子方向相反的旋轉(zhuǎn)磁場，使得n2-n1恒等于發(fā)電機(jī)同步轉(zhuǎn)速ns。該狀態(tài)下不僅發(fā)電機(jī)定子發(fā)有功功率，發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子繞組也向電網(wǎng)通過變頻器反饋功率，這也是雙饋異步發(fā)電機(jī)名稱的由來。ns< n2ns = n2- n1綜上所述：亞同步運(yùn)行時(shí)，發(fā)電機(jī)有功功率等于機(jī)械功率減去滑差功率，同步運(yùn)行時(shí)等于機(jī)械功率，超同步運(yùn)行時(shí)等于機(jī)械功率加上滑差功率；一般雙饋異步發(fā)電機(jī)的轉(zhuǎn)差率為±30%，因此雙饋異步發(fā)電機(jī)變頻器的容量也為定子額定功率的30%。2.SL1500風(fēng)機(jī)并網(wǎng)過程分析風(fēng)機(jī)通過690V主回路進(jìn)行能量流動(dòng)和轉(zhuǎn)換，下圖為風(fēng)機(jī)能量流動(dòng)單線圖:圖3 主回路一次接線圖2.1

9、風(fēng)機(jī)并網(wǎng)過程2.1.1啟動(dòng)預(yù)充電風(fēng)機(jī)啟動(dòng)后，當(dāng)達(dá)到預(yù)充電條件時(shí)，網(wǎng)側(cè)接觸器V308.2的P18-K2B端子發(fā)出230VAC給預(yù)充電接觸器K340.2的線圈，預(yù)充電接觸器吸合，電流經(jīng)過預(yù)充電整流橋V314.2和預(yù)充電電阻R314.2和R314.2.1至變流器直流母排，使直流母排電壓提高至950V，至此預(yù)充電工作完成。預(yù)充電的作用是防止濾波回路和網(wǎng)側(cè)變頻器因?yàn)檫^大的電勢差導(dǎo)致受損。圖4 啟動(dòng)預(yù)充電過程2.1.2網(wǎng)側(cè)變頻器啟動(dòng)圖5 網(wǎng)側(cè)變頻器啟動(dòng)預(yù)充電工作完成后，由變頻器V308.2的P18-K2A端子發(fā)出230VAC到K340.4線圈，網(wǎng)側(cè)接觸器K340.4吸合，同時(shí)預(yù)充電回路斷開，母線電壓升至1

10、050V，網(wǎng)側(cè)變頻器提供系統(tǒng)所需的無功能量，包括變壓器和高頻濾波裝置等所需的電能。與此同時(shí)也為定子接觸器線圈A1提供230VAC電壓，但定子接觸系不吸合，等待機(jī)側(cè)變頻器V308.4的P17-K1A端子發(fā)出24VDC信號，當(dāng)兩個(gè)信號同時(shí)滿足時(shí)定子接觸器吸合。2.1.3機(jī)側(cè)變頻器啟動(dòng)圖6 機(jī)側(cè)變頻器啟動(dòng)網(wǎng)側(cè)變頻器電流值達(dá)到80A左右，機(jī)側(cè)變頻器達(dá)到20A左右，此時(shí)機(jī)側(cè)變頻器為發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子提供勵(lì)磁電流，根據(jù)轉(zhuǎn)速來不斷調(diào)節(jié)機(jī)側(cè)變頻器的電壓和頻率以達(dá)到并網(wǎng)條件。2.1.4發(fā)電機(jī)同步圖7 發(fā)電機(jī)同步機(jī)側(cè)變頻器V308.4-P16時(shí)刻檢測發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)速，當(dāng)發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)速達(dá)到同步轉(zhuǎn)速時(shí)，機(jī)側(cè)變頻器注入140A電流，發(fā)電

11、機(jī)定子感應(yīng)電壓達(dá)到690VAC，發(fā)電機(jī)已發(fā)電，但不能并網(wǎng)，變頻器時(shí)刻檢測電網(wǎng)電壓和定子電壓參數(shù)并進(jìn)行比較，調(diào)節(jié)機(jī)側(cè)變頻器電壓參數(shù)，使發(fā)電機(jī)定子電壓和電網(wǎng)電壓相等，為并網(wǎng)做準(zhǔn)備條件，此過程最多可持續(xù)1分鐘左右。2.1.5并網(wǎng)圖8 并網(wǎng)當(dāng)發(fā)電機(jī)定子電壓頻率、幅值、相位與電網(wǎng)一致或者在誤差范圍內(nèi)時(shí)，機(jī)側(cè)變頻器V308.4的P17-K1A端子發(fā)出24VDC信號，此時(shí)并網(wǎng)條件滿足，發(fā)電機(jī)實(shí)現(xiàn)零沖擊并網(wǎng)。2.1.6低電壓穿越低電壓穿越（LVRT），指在風(fēng)力發(fā)電機(jī)并網(wǎng)點(diǎn)電壓跌落的時(shí)候，風(fēng)機(jī)能夠保持并網(wǎng)，甚至向電網(wǎng)提供一定的無功功率，支持電網(wǎng)恢復(fù)，直到電網(wǎng)恢復(fù)正常，從而“穿越”這個(gè)低電壓時(shí)間(區(qū)域)。)。LV

12、RT是對并網(wǎng)風(fēng)機(jī)在電網(wǎng)出現(xiàn)電壓跌落時(shí)仍保持并網(wǎng)的一種特定的運(yùn)行功能要求。對風(fēng)電場的低電壓穿越要求。a) 風(fēng)電場內(nèi)的風(fēng)電機(jī)組具有在并網(wǎng)點(diǎn)電壓跌至20%額定電壓時(shí)能夠保證不脫網(wǎng)連續(xù)運(yùn)行625ms的能力；b) 風(fēng)電場并網(wǎng)點(diǎn)電壓在發(fā)生跌落后2s內(nèi)能夠恢復(fù)到額定電壓的90%時(shí)，風(fēng)電場內(nèi)的風(fēng)電機(jī)組能夠保證不脫網(wǎng)連續(xù)運(yùn)行。雙饋發(fā)電機(jī)定子繞組在電網(wǎng)電壓驟降的工況下會(huì)產(chǎn)生較大的沖擊電流，由于定、轉(zhuǎn)子之間的電磁耦合關(guān)系，轉(zhuǎn)子繞組感應(yīng)出過電流和過電壓，同時(shí)抬高直流母線電壓，對機(jī)組設(shè)備造成損壞。針對這種工況，SL1500機(jī)組目前采用的解決方法為轉(zhuǎn)子側(cè)并聯(lián)Crwobar保護(hù)電路的方式，當(dāng)檢測到變頻器直流母線電壓高于軟件

13、限值1175VDC或者硬件限值1200VDC時(shí)，Crowbar電路切入將轉(zhuǎn)子繞組通過泄放電阻R312.3、R312.4和R312.5與地短路，釋放過剩的能量保護(hù)機(jī)側(cè)變頻器和轉(zhuǎn)子繞組，確保變頻器在電網(wǎng)故障期間發(fā)送足夠的無功支撐電網(wǎng)，以達(dá)到低電壓穿越的目的。目前許多廠家為了提高系統(tǒng)可靠性，使用了轉(zhuǎn)子側(cè)并聯(lián)Crowbar電路，同時(shí)直流母線并聯(lián)Chopper電路的方法以適應(yīng)現(xiàn)場復(fù)雜的工況。3.SL1500風(fēng)機(jī)日常維護(hù)注意事項(xiàng)SL1500機(jī)組采用的水冷冷卻方式，為了避免機(jī)組因過熱造成器件或者電纜過快老化，日常維護(hù)中應(yīng)注意一下事項(xiàng)：3.1安全維護(hù)變頻器時(shí)應(yīng)將690V電源切斷，同時(shí)操作前遵守先斷電后驗(yàn)電的原

14、則；正確使用勞保安全用品，穿戴經(jīng)檢測合格的絕緣手套和勞保鞋；工作中必須兩人作業(yè)，做到一人作業(yè)，一人監(jiān)督。3.2維護(hù)注意事項(xiàng)水冷系統(tǒng)水壓一定要充足，正常情況下水壓一般為1.82.2bar之間，若水壓低應(yīng)及時(shí)補(bǔ)水；濾波回路器件全部安裝在濾波板上，為了更好的散熱，濾波電阻和濾波板之間要均勻涂抹導(dǎo)熱硅膠；檢查線路固定是否牢固，接線端子無松動(dòng)，防止因松動(dòng)造成的接觸電阻增大，引起局部過熱或者打火，造成設(shè)備損壞；及時(shí)更換老化和存在斷裂的電纜。4.本文結(jié)論本文簡要介紹了SL500風(fēng)機(jī)690V回路的重要組成部件，包括箱變系統(tǒng)、發(fā)電機(jī)系統(tǒng)、變頻器系統(tǒng)等。重點(diǎn)介紹了變頻器系統(tǒng)的工作原理、雙饋異步發(fā)電機(jī)的基本原理以及三種工況狀態(tài)，并對風(fēng)電機(jī)組并網(wǎng)的過程進(jìn)行了詳細(xì)的描述。690V回路為風(fēng)電機(jī)