课件1：电气系统组成华锐风电公司sl1500风力发电机组培训课件.ppt

1、1电气系统组成电气系统组成 2风力发电机组的工作原理风力发电机组的工作原理原理：原理：风轮在风力的推动产生旋转，实现了风能向机 械能的转换，旋转的风轮通过传动系统驱动发电机旋转，并在控制系统的作用下实现发电机的并网及电能的输出，完成机械能向电能的转换，这就是风力发电机将风能转换成电能的原理。3并网型并网型风力发电机组风力发电机组由以下部分组成由以下部分组成1、风轮(叶片和轮毂)2、传动系统3、偏航系统4、变浆系统5、液压系统6、制动系统7、发电机8、控制与安全系统9、塔筒10、基础11、机舱41、风轮、风轮(叶片和轮毂叶片和轮毂)捕获风能的关键设备。一般由3个叶片组成，所捕获的风能大小直接决定

2、风轮的转速。52、传动系统、传动系统 风轮与发电机的连接纽带。齿轮箱是其关键部件。通过齿轮箱，风轮的低转速才能使发电机以接近额定的转速旋转，达到并网发电的目的。63、偏航系统、偏航系统 使风轮的扫掠面始终与风向垂直，以最大限度地提升风轮对风能的捕获能力，并同时减少风轮的载荷。74、变浆系统、变浆系统 通过调整叶片的角度，使风力发电机组获得最为理想的能量,当风速变化时，特别时超过额定风速后，调整叶片的角度，控制风力发电机组的转速和功率，维持机组工作在最佳状态。85、液压系统、液压系统 为变矩机构和制动系统提供动力来源。96、制动系统、制动系统 使风轮减速和停止运转的系统。107、发电机、发电机

3、其作用是将风轮的机械能转化为电能。118、控制与安全系统、控制与安全系统 控制系统包括控制和监测两部分。监测部分将采集到的数据送到控制器，控制器以此为依据完成对风力发电机组的偏航控制、功率控制、开停机控制等控制功能。129、塔筒、塔筒 风力发电机组的支撑部件。它使风轮到达设计中规定的高度。其内部还是动力电缆、控制电缆、通讯电缆和人员进出的通道。1310、基础、基础 为钢筋混凝土结构，承载整个风力发电机组的重量。基础周围设置有预防雷击的接地系统。1411、机舱、机舱 风力发电机组的机舱承担容纳所有的机械部件，承受所有外力（包括静负载及动负载）的作用。15整个电气系统主要包括以下组成部分:供电系统

4、变频器发电机偏航系统变桨系统UPS系统水冷系统油冷润滑系统制动系统加热系统16变压器17变频器变频器主要参数:系统功率：1500 KW变频器功率：500 KVA额定电压：690 VAC，10%电源频率：50 Hz，2Hz连接电压：1000-1100 VDC转子最高有效电压：700 VAC操作频率：3 kHz功率因数：容性0.95感性0.90滑差范围：30%(注：滑差就是发电机电压和系统电压频率的差（频差），发电机并网时,要求滑差应小于允许值。)电压不对称度：2%(注：程序内极限差20VAC)电流不对称度：10%18 控制特性控制特性-双双DSP(80MHz)PWM控制控制-3kHz PWM脉宽

5、调制脉宽调制-CPLD硬件保护和信号通道硬件保护和信号通道-多路运算开关多路运算开关-数字信号输入输出数字信号输入输出 硬件保护硬件保护-过电流过电流-超温超温-IGBT 欠饱和欠饱和-母线过电压母线过电压-电源监视电源监视变频器特性变频器特性19网侧变频器与机侧变频器实现的功能电网侧变频器电网侧变频器-控制直流母线电压控制直流母线电压-预充电预充电-网侧接触器同步网侧接触器同步-电网监视电网监视发电机侧变频器发电机侧变频器-发电机力矩控制发电机力矩控制-功率因数调节功率因数调节-发电机定子电压控制发电机定子电压控制-速度监视速度监视-Crowbar 触发触发20变频器工作过程（1）预充电(S

6、2)：防止高频滤波器件过流。由LSC 的J6-2 号端子发出230VAC给预充电接触器K340.2 的A1 号端子，预充电接触器吸合，变频器直流母排充电至975VDC 左右，网侧变频器工作，母排直流电压经网侧变频器逆变使A 点电压渐升为690VAC，且电流值为57A。如果没有预充电环节，直接吸合网侧接触器，大压差会使A 点瞬间过电流。21变频器工作过程（2）网侧变频器启动(S6)。由LSC 的J8-2 号端子发出230VAC 给网侧接触器，网侧接触器K340.4 闭合，同时预充电接触器断开，能量从电网经网侧变频器至直流母排，母排电压为1050VDC，网侧变频器提供系统所需无功能量，包括变压器、

7、高频滤波装置等。在此状态时，由LSC 的J8-2 号端子发出230VAC 同时也给了定子接触器K150.1，但定子接触器不吸合，此时定子接触器等待GSC 的J8-2端子发出24VDC 给定子接触器，只有2 个信号电压同时满足时，定子接触器才能吸合。22工作过程（3）机侧变频器启动(S7)。网侧变频器电流80A 左右，机侧变频器电流20A左右。此时，GSC 给发电机转子励磁，GSC 根据发电机并网所需的条件来不断调节GSC 发出的电压、频率等。23变频器工作过程（4）同步(S7-syn)。风机转速达到1300rpm，机侧变频器注入140A 电流，发电机定子侧电压达到690VAC。处于此状态时，由

8、LSC 从电网获得的电压、频率等参数与GSC 从发电机定子侧获得的参数进行比较，此过程最多可持续1 分钟。24变频器工作过程（5）定子接触器闭合，发电(S8)。定子电压幅值、相位、频率与电网电压近乎一致，由GSC 的J8-2 端子发出24VDC 给定子接触器，定子接触器闭合，风机并网发电。25风能流向风能流向26发电机双馈异步发电机定义及系统组成 双馈异步发电机的定义：双馈异步发电机是恒频发电机的一种，发电机的定子和转子直接或间接与电网相连，并进行能量交换。双馈异步风力发电机系统组成如下页图所示，图中省略了变压器、滤波器等构件。其中定子通过并网开关直接接入电网，转子通过变频器接入电网。转子上装

9、配有光电编码器。27双馈异步发电机的系统组成图28发电机双馈异步发电机的基本参数工作制：连续 相数：三相额定功率：1520 KW额定转速：1800 r/min转速范围：1000-2000 r/min中心高：500 mm 额定功率下的效率：97%额定功率因数：1定子绕组连接方式：三角形定子额定电压：690 V定子额定电流：1064 A定子额定频率：50 Hz29l转子类型：绕线式 l转子绕组接线方式：星型l转子额定电压：419 Vl转子堵转电压：2018 Vl最大转子电流：450 Al绝缘等级：H 级 l结构型式：IM B3l极数：4 极l冷却方式：机壳水泠l绕组温升限值：105 Kl转向：从输

10、出轴方向观察为逆时针l防护等级：IP54l重量：不大于 6350 kg30 当发电机转速小于定子旋转磁场同步转速1500rpm时，发电机处于亚同步状态，此时转子通过变频器从电网中吸收功率，定子直接馈送电能给电网；当发电机转速大于旋转磁场的同步转速1500rpm时，发电机处于超同步运行状态，此时转子通过变频器馈送电能给电网，定子直接馈送电能给电网；当发电机转速等于旋转磁场的同步转速1500rpm时，发电机作为同步电机运行，转子有功几乎为零，既不从电网吸收有功率也不向电网馈送有功。变频器向转子提供接近于直流的无功励磁电流。当发电机转速变化时，通过调整转子的频率响应变化，可使定子电流频率保持恒定不变

11、，即与电网频率保持一致，实现了变速恒频控制。发电机运行过程发电机运行过程31偏航系统位于塔筒与主机架之间，由四组驱动装置、偏航卡爪、滑动衬垫和大齿圈等零部件组成（见下图）。大齿圈与塔筒紧固在一起，偏航驱动装置和偏航卡爪均与主机架连接在一起，外部有玻璃钢罩体的保护，大齿圈上下布置滑动衬垫。偏航装置根据风速风向仪测得的风速风向信号，通过同步控制的四组驱动装置绕着偏航齿圈转动机舱。偏航系统设置有限位开关，能够自动解缆。偏航系统偏航系统32偏航控制系统偏航控制系统偏航控制系统由风速风向仪、偏航计数器、偏航驱动以及NCC300 柜内的偏航变频器组成。偏航变频器主要为偏航电机和偏航计数器等提供电源，实现变

12、频启动，减小电流对于电机启动时的冲击。偏航变频器将偏航系统各传感器相关信息反馈给PLC，并根据PLC 程序指令控制偏航电机的工作。1、偏航条件：风速风向仪将检测的风向传送到PLC 内，当风向与机舱角度达到12 度，根据预定程序，PLC 向偏航变频器输入偏航指令。然后，变频器向偏航电机提供动力，并检查各传感器的工作状态，根据偏航计数器记录的角度，准确偏航。2、偏航限制：当偏航角度超过700时，机组则进行反向解缆，用于保护电缆，防止扭损。机组偏航时，偏航功率不能低于4KW。机组静止时，机舱最大位置改变不大于1 度。3、偏航制动：当偏航结束时，偏航变频器停止向偏航电机供电。此时，每台偏航电磁刹车将提

13、供约8100NM 的制动力矩，定位机舱。同时，根据偏航计数器的记录，确定机组停机定位状态。33偏航系统上的传感器偏航系统上的传感器风速风向仪是偏航系统最重要的组成部分之一，它的主要作用是用来测量风速和风向。偏航计数器是安装在主机架与大齿圈之间软件上测量偏航时角度,硬件上限制偏航角度。机组在偏航时，大齿圈带动计数器上的白色塑料小齿轮转动，通过计数器自身编码器计量偏航角度。当超过700时，软件极限报警被触发，将停止偏航，防止电缆扭损。硬件上超过720 时触发报警。34变桨系统变桨系统作为主要的制动系统使用，可以在额定功率范围内对风机速度进行控制。变桨系统包括三个驱动装置，有变浆电机，变浆减速机和变

14、桨轴承，可以实现每个叶片单独调整。变桨系统可实现的功能如下：变桨系统可实现的功能如下：当风速超过额定风速时，通过控制叶片角度来控制风机的速度和功率；当机组产生故障时，叶片可作为空气动力制动装置使机组安全停机；当风速低于额定风速时，通过调整叶片角度从风中吸收更多的风能。35变桨系统的工作过程变桨系统的工作过程36变桨系统中的传感器转速编码器极限开关接近开关37变桨系统的手动模式由于三支叶片分别由独立的3 套变桨控制单元来控制，因此我们既可以同时控制3支叶片变桨，也可以通过手动控制盒对每支叶片进行独立变桨。手动模式通过连接手动操作盒来设置，且手动模式要优先于其他控制方式。38制动器系统紧急停机变桨

15、驱动故障快速停机正常停机变桨驱动速度/s2.6 或1X X12 或2.6 X X12X XX X盘式制动器X X发电机从电网断开 1/min 1200 1200 12001050停机原因紧急停机变桨系统故障正常故障监控系统1当发电机未与电网连接时为2.6/s，否则为1/s 2当发电机未与电网连接并且当前发电机速度超过1750rpm时为 12/s，否则为2.6/s 3当发电机速度超过2067rpm,功率变频器故障，电网故障或者按下了紧急停机时发电机也会从电网断开。变桨系统主要有以下几种停机方式：正常停机 快速停机 安全停机 紧急停机 超速停机变桨系统的停机方式变桨系统的停机方式39滑环 滑环是联

16、系机舱控制柜和变桨控制柜的重要纽带，其安装在齿轮箱的一侧是静止的，靠近轮毂的一侧是随轮毂的转动而旋转的。轮毂内各电气系统的电源、PLC 发送给变桨控制系统的控制信号、变桨控制系统反馈给PLC 的状态信号，都是通过滑环来传输，同时滑环还有检测轮毂转速、过压保护等其他功能。40UPS系统系统UPS 电池系统是风力发电机组的后备电源。当发生电网故障造成供电中断时，由UPS 系统继续为控制系统和变桨系统提供电源，保证风力发电机组的正常停车。41机舱内UPS 电池系统主要由30块额定电压为12VDC的电池串联组成，单块电池容量为5Ah；整个系统包括充放电回路、电压检测回路、电池组和加热回路等部分。其中充放电回路和电压检测回路等位于机舱控制柜NCC310 内，电池组和加热回路等位于发电机尾部BAT300 柜内。UPS系统系统42水冷系统 水冷系统由水泵装置、冷却器、储能器、温控阀、手动阀、压力表及连接管路等组成。它主要对发电机,变频器和控制柜进行冷却。水泵工作后，冷却水经发电机、变频器、冷却器构成冷却水循环回路。泵入口处的温控换向阀通过检测冷却介质的温度自动转换冷却介质流向，使冷却介质通过冷却器或