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1、一期工程安装的是Vestas的V52850KW LT型风机，是三叶片、主动偏航的上风向、变速、变桨距风机。该风机叶轮直径为52米，并采用了OptiSpeedTM（最佳转速）技术。这项技术可使风机转轮在不同的转速下运行。Vestas的V52850KW具有独特的变桨距系统，采用OptiTipR（最佳桨距）技术。OptiTipR该系统能不断调整风机叶片以保证风机在不同风况下的最佳叶片角度。,V52-850KW风力发电机组概述,在高风速时OptiSpeedTM（最佳转速）技术和变桨距调节系统保证风机在空气温度和湿度变化的情况下输出额定功率。在低风速时，OptiTip（最佳桨距）技术和OptiSpeed
2、TM（最佳转速）技术通过选择最佳的桨距角度和转速来优化功率输出。风机采用了叶片顺桨刹车的方式。叶片桨距的变化由液压系统来调节。液压系统可使叶片转动95度（改变叶片桨距角），还可为刹车系统提供动力，紧急刹车盘系统固定在齿轮箱的高速轴上。,V52-850KW风力发电机组概述,叶片由环氧树脂的玻璃纤维材料制成，每只叶片有两片叶壳，固定在叶梁上，特殊钢制叶跟将叶片与叶片轴承相连。叶片轴称为四点球轴承，由螺栓连至叶片轮毂。主轴通过齿轮箱（由行星齿轮和斜齿轮组成）将机械能传至发电机。齿轮箱由免维护的万向轴连至发电机。发电机为特制、带绕组的4极异步发电机。变桨距调节系统通过一个液压/机械系统来激活.这个液压
3、系统同时也被刹车盘使用,V52-850KW风力发电机组概述,OptiSpeedTM（最佳转速）,又名 Vestas Converter System(VCS)Vestas变频系统，确保风机有一个稳固和稳定的能量。VCS组成包括：一个带转子绕组和滑环的有效异步发电机；一个带 IGBT开关的能量转换器；电流接触器和保护器；VCS 能使风机在正常RPM大约60%的范围内不同风速的情况下运行。VCS 以及OptiTip（最佳桨距）变桨距调节系统，确保能量最优化，低噪声运行和减少齿轮箱以及其它重要部件的负载。VCS 通过控制发电机转子回路电流，能更加有效地控制无功功率，给发电机和电网一个更加正确精准的连
4、接。,VCS OptiSpeed说明,VMP风机控制器,VMP风机控制器是Vestas Multi Processor 控制器的缩写。为了确保风机在任何风速情况下风机的性能最理想，控制器控制和监控了风机的所有功能。如果控制器检测到一个错误将使风机停机，在操作面板上显示当前运行数据。VMP控制器包括一个地面控制器、变频系统控制器和顶部控制器。最后两个被放在机舱内。它们是通过一根传输光缆线连接在一起进行信号传输的。地面控制器包含主电路断路器和地面处理器，它与操作面板是一个整体。发电机的电缆和电网的电缆是连接到地面控制器的。在顶部VCP控制器和顶部控制器是各自组合放置的。顶部处理器控制机舱内设备，如
5、：速度控制器、功率控制和变桨角度、偏航和内部温度控制。VCP 控制电机的切入和切出，测量电流、电压和变频器的控制。,Vestas V52-850 kW OptiSpeedTM(最佳转速)风机是依据风机在-20到+40 的环境温度下运行来设计的，在温度范围以外，风机将处于暂停模式。相应的重启机环境温度界限为-20到+38。V52-850 kW LT风机设计运行温度范围为-30到+40。在非运行工况下，允许温度为-40到+50。在风场内排列风机时，风机的间距应为5倍于叶轮转径的距离（260米）；如果风机排列成一行，并垂直于主风向，风机的间距应为至少4倍与转轮直径的距离（208米）。相对湿度可为10
6、0（最多偶尔可超过10），腐蚀保护符合ISO12944-2的C3级和C4级的标准。,V52-850KW风力发电机组对环境的要求,电网频率范围在+1/-3HZ（50HZ时）或+2/-3（60HZ时）的变化。工作电压的变化必须在其额定值10的范围内（默认设置为+6/-10）。接地连接电阻的最高值为10欧姆,V52-850KW风力发电机组对电网的要求,转轮直径:52米扫风面积:2124平方米叶片长度:25.3米叶片锥度:30叶片重量：约1.900千克/片材料:环氧树脂的玻璃纤维叶片数量:3片静态转轮转速:26转/分运行转速范围:14.0-31.4转/分旋转方向:顺时针(从前面看)方位:上风向空气制动
7、:顺桨,V52-850KW风力发电机组规范,齿轮油系统,50-55度,55-61度,低于20度,5-8度投加热,超过同步转速75投入压力监视,上线80度停,减速机和齿轮油系统简介,当油温度超过45，恒温阀开始逐渐把油引入冷却器，直到60时，完全打开引入冷却器。当过滤器压差达2.2bar时，发出清洗信号（但油温低于20 时不发信号）。当压差大于3.5bar时，过滤器的旁路阀3.1投入运行。齿轮油冷却器有两个风扇，8A和8B，由VMP-5000控制器控制。风扇8 A在油温为55时投运，在 50停止运行。风扇8 B 在油温为61 时投运，在55停止运行。当风机在RUN和 PAUSE（运行和暂停）状态
8、下，风扇自动运行；在STOP和EMERGENCY STOP（停止和紧急停止）状态下，风扇自动停止运行。,类型：装有VCS的转子绕组异步发电机额定功率：850KW电压：690V（AC）频率：50Hz/60Hz级数：4级保护等级：IP54额定转速：1620/1944转/分额定电流：711A设置功率因数：1.0功率因数范围：0.98感性-0.95容性 可用无功功率：+172/-279KVAr,V52-850KW风力发电机规范,赛罕坝风场V52-850KW风力发电机采用的是双馈电机。近十多年来，国外兴起研制交流励磁电动机和发电机热潮，即在电机转子绕组中引入二相或三相附加电势，使其产生二相或三相交流励磁
9、电流，除发现改变励磁电流幅值可调节电机无功外，还发现改变励磁电流相位可调节电机有功，改变励磁电流频率可调节电机转速。这种电机在配合改变励磁电流相序和转子转差功率流向时还可使其转速超过同步转速；若在调速的同时能对其励磁电流的有功分量和无功分量进行解耦控制，则可使电机运行在高功率因数即cos=1状态下，取得巨大节能效果。目前我国研制的1.5MW风力发电机组已通过试验，进入试生产阶段。,双馈电机的发展及原理,电机定子直接接在电网上，转子需要一套独立的交流励磁电源（Sf）馈电，一般称它为双馈电机。我公司V52风力发电机组的励磁电源来源于电网工频电源，首先将工频交流变成直流（AC/DC），然后再将直流变
10、成所需的交流励磁电源（DC/AC）。,双馈电机,双馈电机示意图,双馈电机与单馈电机性能的比较,为使电机获得由低同步超同步的无级调速性能和有功与无功独立调节的运行特性，从上所述可知，作为“双馈”调速转子励磁电源的基本条件是：功率可逆流转（转子可以吸收功率，也可以发送功率），且输出电压及其电流的幅值、频率、相位、相序均可调节。从理论上讲，励磁电源可分为二相，三相或多相，我公司V52-850KWLT采用三相电源励磁（达里风电场、红松风电场，使用的是鼠笼式发电机，转子无励磁装置）。,双馈电机的特性,V52-850KW风机励磁（VCS变频器）主要元件,自动变压器690V 480V,过电压保护,EMC滤波
11、器,变频处理器,逆变器功率模块,功 率 模 块,直流连线 800VDC,充电达90,高频滤波,电感滤波,直流工作电源,接触器开关,V52-850KW风力发电机组的总体控制结构,控制功能分为三部分：主控制器；变桨调节器；功率控制器。主控制器实现总体的控制功能，而变桨和功率控制器是次级单元。主控制器给出变浆角（参考变浆）和产生的功率（参考功率）的参考值。变浆控制器的任务就是把变浆角调整到参考值，同时保证足够的快速的动力。在电气端，功率控制器根据参考功率调整输送到电网的功率。,变速箱,发电机,叶片,电网,变桨控制器,功率控制器,主控制器,电气端控制器,外部功率,V52-850KW风机总体控制结构示意
12、图,主控制器,当风速低于额定风速（15米/秒）时，逻辑开关会使部分负荷控制器动作，确保风机处于最佳状态。如果风速高于额定风速，逻辑开关将使满负荷控制器动作，将功率限制在额定功率内。,风速信号,推力信号,推力限制器,最佳桨矩控制器,最佳转速控制器,噪声信号,满负荷控制器,部分负荷控制器,逻辑开关,环境,功率要求,噪声信号,大值选择器,功率参考值,变桨参考值,部分负荷控制,A、低速范围内运行（VonV=V1)转速被限制在最低可能值，通过最大滑差来定义（发电机低于同步转速）。B、最佳效率运行（V1V=V2)在风速范围内运行，OptiSpeedTM（最佳转速）系统通过风轮的最大空气动力效率成比例地控制
13、风轮转速，使叶片变桨角度保持常数恒定。C、额定转速运行（V2V=Vrtd)如果风速大于V2，风机在额定转速下正常运行，可是由于受振荡的影响，转速也将在固定的工作点附近波动。,G2最大功率425KW,当功率达到满负荷时，逻辑开关自动激活满负荷控制器，发电机转速由变桨角控制，此时如果风速下降，就会引起变桨角减少，使其接近最佳变桨角值，满负荷控制器将失效，部分负荷控制器开始起作用。,满负荷控制,当风速在15 25米/秒时，机组满负荷运行，风机正常输出功率等于要求功率。在波动的影响下，控制系统偶尔会变成部分负荷（尽管此时风速已高于15米/秒）。,风速信号,噪声信号,最佳转速控制器,功率要求,部分负荷控
14、制器,功率参考值,噪声信号,逻辑开关,变桨参考值,大值选择器,推力限制器,最佳桨矩控制器,推力信号,环境,外部功率控制及推力限制,通过 Vestas远程控制板（VRP）或者通过调节内部控制参数ExtPowRefPx可以控制功率的输出。这样，控制系统把给出的功率需要作为满载，i.e.（外部功率控制）假如功率的需要满足，控制器进入到满载运行状态。,推力限制器的功能就是将空气推力限制在某一固定的最大值之内。出于这个目的，控制器通过测量功率、发电机转速和变浆角并计算变浆角，从而估计风轮所受的推力，以保证风机设备承受的推力符合要求。推力限制器主要是在高湍流时动作，以避免浆叶和塔架过负荷。,噪声控制与功率
15、的关系,Vestas OptiSpeedTM（最佳转速）风力机提供了不同的噪声设置。在部分负载区域内噪声的参数设置对运行曲线有一定的影响。如果风力机符合低噪声的运行需要，转速将减小，叶片角度增加。随着噪声的减少，空气动力功效也将减少，那样导致额定风速增加和较低的功率曲线,发电机并网发电有星型和角型两种接线。在Y型连接中（相当于小发电机），功率低于425KW，发电机转速范围是900-1620转/分。优点是速度变化范围大，且发电机和变频器的损耗减少。在型 连接中（相当于大发电机），功率不受限制，发电机转速范围是12001600转/分。发电机的Y/连接方式是由控制系统根据风速情况来选择的。,V52-
16、850KW发电机接线方式,风力发电机的转速控制,启动期间（PAUSE-RUN），正常关闭（RUN-PAUSE）或风速低于切入风速期间，风力机发电机运行但不并网，这种情况下，速度控制器用于控制风力机转速。转速控制器是一个传统的补偿器，它与PI控制器串联，附带非线性变浆以减少突然变桨扰动。这就补偿了非线性气动力。,转速测量,电网参数测量,滤波器,风速测量,过滤器,计算器,函数发生器,转速控制器（补偿器）,PI控制器,大值选择器,非线性变桨,风力发电机转速控制,当无风时，风力机根据 Optitip 函数()，保持最佳变浆角准备启动。当风速和发电机转速增加时，变浆角将会保持最佳直到达到参考转速。随着转
17、速提高到星型连接的参考速度（50 Hz 电网为1250 rpm）速度控制器启动。当达到星型连接时，连接程序启动前必须满足两个条件：变浆角必须至少为3度，以保证从风中吸收足够的能量，发电机转速（过滤值）必须在15 转，连接速度多于1秒。如果风大，那么变浆角就高于14度，而且是星型连接，启动频率转换器前参考转速上升到角型连接（50 Hz电网1450 rpm）。发电机连接到电网上，参考功率以50 kW/秒 速度上升直到达到最佳功率水平。,变桨角度校准,Vestas OptiSpeedTM（最佳转速）风力机每个变浆传动装置都有一个变浆调节系统)。每个变浆调节系统有一个伺服环，它使变浆角按参考值尽快变浆
18、，保持足够的减幅力。,变桨调节信号,VMP控制器,变桨控制器,D/A转换器,液压机械系统,活塞杆位置,控制电压,位置传感器,变桨距执行机构,D/A转换器,变桨控制系统,变浆调节器是一个非线性的P-控制器，补偿比例阀的死点和限制。从活塞杆到变浆的转换是由VMP 控制器接近线性达到的。变浆角、活塞位移和位移转换电压之间的关系见侧表,功率控制器/转换器,功率控制器基于一个发电机转子回路的频率转换器，它能够使风力机改变发电机的速度，这个速度范围大约为同步转速的+30%到50%，但不影响对功率的控制能力。频率转换器上的功率控制器从VMP控制器接收参考功率并通过一个快速控制回路保持这个功率水平。,电网电压
19、,电网电流,功率控制器,功率定值,转子电流信号,转子电流控制器,脉冲信号,转子电流,转子电流转换器,电网转换系统,频率转换器包括一个转子和电网侧的转换器。尽管这样，电网侧转换器不是功率控制器的一部分，因为它的主要任务是保持一个恒定的直流电压。,直流电压控制器,电网电流,电网电流控制器,脉冲信号,电网侧转换器,电网电流,直流电压定植,直流电压,加法器,外部功率控制参考,因发电机温度过高减少功率,因齿轮温度过高减少功率,因变压器温度高减少功率,因系统电压过高减少功率,因系统低压时线性减少功率,额定功率,用户设置参考功率,风大时减少参考功率,小值选择器,小值选择器,优先级2,优先级1,功率输出来源于
20、频率调整,频率信号,发电机最小功率,视在功率基准值,函数发生器,当风力机设置参考功率时这些控制法则优先如果设置功率参考持续低于额定功率大约1800秒，功率减少的原因就会记录下来频率控制器动作时也能影响视在功率。,外部功率控制参考,选择功率参考值作为风力机主要部件监视器，最小值参照和视在功率的上限。HotGen:因为发电机温度过高减小功率。HotGear:因齿轮温度过高减小功率。HotTrafo:因变压器温度过高减小功率。HighVoltage:因电压过高减小功率。LowVoltage:低压时线性减小功率。当风力机设置参考功率时这些控制法则优先。风力机视在功率的限制设置为最小:NominalPo
21、wer:额定功率User setpoint:用户设置的参考功率 Wind Derate:风大时减小参考功率。频率控制器动作时也能影响视在功率。如果设置功率参考持续低于额定功率大约1800秒，功率减少的原因就会记录下来,Vestas 防止大量启动Anti Massive Start-up II,Vestas 防止大量启动II(VAMS II)是一个软件，用于防止两个或更多的Vestas风力机 位于同一个风场试图同时连接电网。一当风力机需要连接到电网时，必须得得到中心VAMS II单元的许可。当VAMS II接到从风力机发出的连接申请时，它必须回答为主动，允许连接或被动的不允许连接。当没有其它的风力机在过去的一段SafeTime1内连接时，给出主动回答 1 SafeTime 是一个VAMS 主参数定义两个风力机并网的最短间隔。,图 8.1 VAMS II 控制电网联接的流程,等待电网具备条件时并网,VAMS许可,并入电网,VCS（变频器）主要元件,自动变压器690V 480V,过电压保护,EMC滤波器,变频处理器,逆变器功率模块,功 率 模 块,直流连线 800VDC,充电达90,高频滤波,电感滤波,直流工作电源,接触器开关,VCS主要元件,
