风力发电机.docx
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风力发电机
前言
本标准根据GB/T1.1—2500《标准化工作导则第一部分：
标准的结构和编写规则》的要求编写。
本标准由****有限公司提出。
本标准负责起草单位：
****有限公司技术中心
本标准主要起草人：
本标准批准：
2500kW机组技术参数及产品描述
1范围
本标准规定了2500kW风力发电机组技术参数及产品描述。
本标准适用于2500kW风力发电机组的投标。
2技术参数
2.1总体参数
表1风力发电机组技术参数
序号
部件
单位
规格
1
机组数据
1.1
制造厂家/型号
2500
1.2
额定功率
kW
2500
1.3
功率调节方式
变桨变速调节
1.4
叶轮直径
m
102
1.5
轮毂高度（推荐）
m
85
1.6
切入风速
m/s
3
1.7
额定风速
m/s
10.5
1.8
切出风速（10分钟均值）
m/s
25
1.10
切出风速（持续3秒钟）
m/s
30
1.11
极大风速
m/s
59.5（IECIIA）
1.12
设备可利用率
≥95%
1.13
运行温度范围
-30°C至+40°C
1.14
机组生存温度
-40°C至+50°C
1.15
设计使用寿命
年
≥20
2
叶片
2.1
制造厂家/型号
Aeroblade2.5-49.5或类似叶片
2.2
叶片材料
玻璃纤维环氧树脂
2.3
叶尖线速度
m/s
48—85.4
2.4
扫风面积
m2
8167
3
发电机
3.1
制造厂家/型号
XD102直驱永磁同步发电机
3.2
额定功率
kW
2500
3.3
额定电压
V
690
3.4
额定电流（相）
A
2224
3.5
防护等级
IP54
3.6
润滑方式
自动润滑系统自动加脂
3.7
润滑脂型号
MobilithSHC460WT
3.8
额定转速及其转速范围
rpm
16（9—16）
3.9
并网转速
rpm
9
3.10
功率因数调节范围或采用定、变桨距风电机组的功率因数
1/4额定功率
-0.95至0.95可调
2/4额定功率
-0.95至0.95可调
3/4额定功率
-0.95至0.95可调
额定功率
-0.95至0.95可调
3.11
绝缘等级
F级（≤150℃）
3.12
电机极数
80
4
变流器
4.1
变流器型号
IGBT变流器
4.2
视在功率
KVA
2700
4.3
额定输出电压
V/V
690（逆变器输出电压）
4.4
额定输出电流（相）
A/A
2361
4.5
输出频率变化范围
Hz
50±0.4
4.6
防护等级
IP54
5
主轴
5.1
制造厂家
6
主轴承
6.1
制造厂家/型号
三列圆柱滚子轴承
7
制动系统
7.1
主制动系统
3个叶片顺桨实现气动刹车
7.2
第二制动系统
发电机刹车（用于维护状态）
8
偏航系统
8.1
类型/设计
电动机驱动/四级行星减速
8.2
控制
主动对风/计算机控制
8.3
偏航速度
°/s
0.45（13.36分钟/圈）
8.4
偏航轴承形式
外齿圈四点接触球轴承
8.5
润滑方式
自动加注润滑脂（mobilthSHC460WT）
8.6
制造厂家/风速仪型号
8.7
制造厂家/风向标型号
9
液压单元
9.1
制造厂家/型号
10
控制系统
10.1
控制单元类型
PLC
10.2
主开关柜
10.3
额定频率
Hz
50
10.4
逆变器额定输出电流
A
2361
10.5
软并网装置/类型
IGBT逆变
10.6
额定出力的功率因数
≥0.98
11
防雷保护
11.1
防雷设计标准
按照IEC61312-1995、IEC61643-1995
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
≤2.5
12
塔架
12.1
类型
钢制锥筒（内设爬梯、爬升助力装置及防跌落保护）
12.2
轮毂高度
m
85
12.3
表面防腐
喷漆防腐
13
重量
13.1
机舱（不包括叶轮和发电机）
kg
19100
13.2
发电机
kg
65000
13.3
叶片
kg
9500
13.4
叶轮（包含叶片、轮毂）
kg
48500
2.2主要材料规格（见表2）
表2主要材料规格表
部件名称
使用材料
材料性能
机舱
QT400-18AL
GB/T1348-88
轮毂
QT400-18AL
GB/T1348-88
发电机锥形支撑
QT400-18AL
GB/T1348-88
主轴承
42CrMo4Q+T
变桨轴承
42CrMo4Q+T
偏航轴承
42CrMo4Q+T
偏航齿轮
42CrMoA
GB/T3087-1999
刹车片
铜基粉末冶金/合成材料
JB3063
2.3机组振动的设计标准（见表3）
表3机组振动设计标准
部位
允许振动标准
机舱
≤1.47mm/s2
发电机
≤1.8mm/s2
2.4机组功率曲线和推力系数曲线
2.4.1标准空气密度1.225kg/m3下的功率曲线（见图1）
风速m/s
功率kW
3
6
4
126
5
270
6
460
7
765
8
1122
9
1611
10
2580
11
2600
12
2600
13
2600
14
2600
15
2600
16
2600
16
2600
18
2600
19
2600
20
2600
21
2600
22
2600
23
2600
24
2600
25
2600
图12500（AeroBlade2.5-49.5）功率曲线
2.4.2机组推力系数曲线（见图2）
风速
m/s
CT
3
0.912
4
0.827
5
0.827
6
0.827
7
0.827
8
0.827
9
0.782
10
0.719
11
0.658
12
0.593
13
0.476
14
0.352
15
0.233
16
0.162
16
0.116
18
0.087
19
0.067
20
0.053
21
0.042
22
0.034
23
0.019
24
0.011
25
0.006
图22500（aeroBlade2.5-49.5）推力系数曲线
32500kW风力发电机组技术说明
3.1总体设计方案
2500风力发电机组采用水平轴、三叶片、上风向、变桨距调节、无齿轮箱、永磁同步发电机、全功率变频器并网的总体设计方案。
（见图3）
3.1.1功率控制方式采用变桨距控制，每一个叶片上有一个变桨轴承，变桨轴承连接叶片和球墨铸铁结构的轮毂。
叶片的桨距角可根据风速和功率输出情况进行自动调节。
3.1.2发电机采用多极永磁同步电机，采用内转子结构，风轮通过主轴承直接同发电机转子连接，电机采用散热筋自然冷却的方式。
3.1.3并网系统采用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。
图32500外形图
轮毂高度：
85m叶轮直径：
102m额定功率：
2500kW
3.1.4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。
3.1.5液压系统由液压泵站、电磁元件、蓄能器、联结管路线等组成，液压泵站为偏航刹车系统及转子刹车系统提供动力源。
3.1.6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、变桨轴承及齿面、主轴承的润滑。
3.1.7制动系统采用叶片顺桨实现空气制动，降低风轮转速，然后用机械刹车停机。
3.1.8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。
3.1.9整个机组采用全封闭结构，能确保机组有很好的防护能力，更加适应于沿海、海上及风沙较大的区域使用。
3.1.10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。
3.2风力发电机组结构和机舱布置图
直驱式风力发电机组由于没有齿轮箱，零部件数量相对传统风电机组要少得多。
其主要部件包括：
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。
机舱结构如图4所示。
机舱采用球墨铸铁件，整体全封闭式结构，偏航轴承采用内齿圈驱动方式，防护效果好，维护方便。
图42500直驱风力发电机机舱结构图
3.3机组详细技术说明
3.3.7控制系统
2500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。
3.3.7.1电控系统的组成
2500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、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:
为了提高变流器整流效率，在发电机与整流器之间设计有电容补偿回路，提高发电机的功率因数。
为了保证电网的供电质量，在逆变器与电网之间设计有电容滤波回路。
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。
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。
3.3.7.2变流装置
2500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，即通过六相不可控整流，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％<4%）、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。
2500直驱永磁同步风力发电系统变流装置是全功率变流装置，与各种电网的兼容性好，具有更宽范围内的无功功率调节能力和对电网电压的支撑能力。
同时，变流装置先进的控制策略和特殊设计的制动单元使风机系统具有很好的低电压穿越能力（LVRTCapability），以适应电网故障状态，在一定时间内保持与电网的联接和不脱网。
通过独到的信号采集技术、接口技术等提高了变流装置系统的电磁兼容性，如直流环节的均压接地措施，有效减少了干扰。
3.3.8.1就地通讯网络
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。
3.3.8.2中央监控软件
风机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。
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：
3.3.8.2.1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、A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），
3.3.8.2.2控制功能
a）集中控制风电厂所有风机的开机、停机、复位、偏航。
b）单独控制某台风机的开机、停机、复位、偏航等风机相关操作。
3.3.8.2.3记录存储功能
a）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
功率因素、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。
b）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。
3.3.8.2.4报警功能
a）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．
b）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。
3.3.8.2.5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。
3.3.8.2.6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。
3.3.8.2.7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。
3.3.8.2.8打印功能
可以将以下数据进行打印：
a）历史运行数据
b）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
3.3.8.2.9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。
如图16所示：
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。
3.3.8.2.10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。
3.3.8.2.11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。
如图19所示：
3.3.8.2.11中央监控系统标准配置清单（见表4）
表4中央监控系统标准配置清单
名称
数量
单位
技术要求
中
央
监
控
系
统
中央监控软件
N1
套
Mita
WINDWOSXP
N1
套
Microsoft
杀毒软件
N1
套
瑞星（单机版）
监控计算机
N1
台
P4/3.0G/2GB/160GB/19寸/网卡
中心交换机
1
台
16（或24）口交换机
交换机
N2+N3
个
光电转换接口设备
光纤尾纤
8*（N2+N3）
根
光纤接头
光纤终端盒
N2+N3
个
2入16尾纤口
光纤熔接
8*（N2+N3）
点
PCI网卡
N1
个
光纤配线柜
1
个
上网设备
1
个
ISDN、ADSL或CDMA
打印机
1
个
UPS电源
N1
个
备注：
1）N1为中央监控计算机的数量。
通常我们以45台风机为一个单元，配置一台监控计算机。
2）N2表示风力发电机组数量。
3）N3表示通讯设计中决定风机链路数。
3.3.8.3远程监控系统
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20如下：
图16远程监测系统示意图
3.3.8.3.1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）。
3.3.8.3.2远程监控系统配置清单（见表5）
表5远程监控系统配置清单
远程监控系统
名称
数量
单位
技术要求
远程监控软件
1
个
监测计算机
N
个
P4/3.0G/2GB/160GB/19寸/网卡
WINDWOSXP
N1
套
Microsoft
杀毒软件
N1
套
瑞星（单机版）
上网设备
N1
个
ISDN、ADSL或CDMA
备注：
N表示远程监测点的数量。
3.5.5机组专项设计
3.5.5.1人员安全设施
a）塔架内设置爬梯直通塔顶机舱，并设置跌落保护装置；
b）每隔20米设置一层休息平台；
c）考虑维护的安全性，设置风轮和偏航锁定装置；
d）在偏航、风轮、机舱等处设置安全带卡头的固定装置；
e）塔架爬梯设置助力装置。
3.5.5.2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：
1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。
2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。
3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。
4吉林通榆地区40米高度处年平均风速为7.236m/s。
5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。
6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。
7湖北齐跃山实测的风速资料（1997年3月～2500年3月）表明，10米高度处年平均风速为7.1m／s。
8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。
3.5.5.3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，见表7
表7风力机设计等级分类
风力机等级
Ⅰ
Ⅱ
Ⅲ
Ⅳ
S
Vref（m/s）
50
42.5
37.5
30
由设计者自定
Vave（m/s）
10
8.5
7.5
6
AI15（-）
a（-）
0.18
0.18
0.18
0.18
2
2
2
2
BI15（-）
a（-）
0.16
0.16
0.16
0.16
3
3
3
3
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，
A是按照较高的湍流强度设计的等级，
B是按照较低的湍流强度设计的等级，
I15是风速为15m/
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