风力发电机.docx

1、风力发电机 前 言本标准根据GB/T 1.12500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25001.2额定功率kW25001.3功率调节方式变桨变速调节1.4叶轮直径m1021.5轮毂高度（推荐） m851.6切入风速m/s31.7额定风速m/

2、s10.51.8切出风速(10分钟均值)m/s251.10切出风速(持续3秒钟)m/s301.11极大风速m/s59.5 (IECIIA)1.12设备可利用率95%1.13运行温度范围-30 C 至 +40 C1.14机组生存温度-40 C 至 +50 C1.15设计使用寿命年202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/s4885.42.4扫风面积m281673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kW25003.3额定电压V6903.4额定电流(相)A22243.5防护等级IP54

3、3.6润滑方式自动润滑系统自动加脂3.7润滑脂型号Mobilith SHC460 WT3.8额定转速及其转速范围rpm16（916）3.9并网转速rpm93.10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804变流器4.1变流器型号IGBT变流器4.2视在功率KV A27004.3额定输出电压V/V690（逆变器输出电压）4.4额定输出电流(相)A/A23614.5输出频率变化范围Hz500.44

4、.6防护等级IP545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/s0.45（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(mobilth SHC460WT)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PLC10.2主开关柜10.3额定频率Hz5010.4逆变器额定输出电流A23

5、6110.5软并网装置/类型IGBT逆变10.6额定出力的功率因数0.9811防雷保护11.1防雷设计标准按照IEC61312-1995、IEC61643-1995IEC 61024、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2.512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m8512.3表面防腐喷漆防腐13重量13.1机舱（不包括叶轮和发电机）kg1910013.2发电机kg 6500013.3叶片kg950013.4叶轮（包含叶片、轮毂）kg485002.2 主要材料规格(见表2)表2 主要材料规格

6、表部件名称使用材料材料性能机舱QT400-18ALGB/T1348-88轮毂QT400-18ALGB/T1348-88发电机锥形支撑QT400-18ALGB/T1348-88主轴承42CrMo4Q+T变桨轴承42CrMo4Q+T偏航轴承42CrMo4Q+T偏航齿轮42CrMoAGB/T3087-1999刹车片铜基粉末冶金/合成材料JB30632.3 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/ s22.4 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kW36412652

7、70646077658112291611102580112600122600132600142600152600162600162600182600192600202600212600222600232600242600252600图1 2500（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/sCT30.91240.82750.82760.82770.82780.82790.782100.719110.658120.593130.476140.352150.233160.162160.116180.087190.067200.053210.04222

8、0.034230.019240.011250.006图2 2500（aeroBlade2.5-49.5）推力系数曲线3 2500kW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

9、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3 2500外形图轮毂高度：85m 叶轮直径：102m 额定功率：2500kW3.1.4 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

10、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

11、 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4 2500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

12、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

13、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

14、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.

15、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

16、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（THD4%）、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（LVRT Capability），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

17、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

18、，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

19、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

20、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

21、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

22、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

23、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MitaWINDWOS XPN1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

24、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

25、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WINDWOS XPN1套Microsoft杀毒软件N1套瑞星（单机版）上

26、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

27、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6ms左右，离大陆较远的海岛其年平均风速可达78ms，沿海地区的年平均风速在5ms以上，而内陆地区则在3ms左右，千米以上的高山的年平均风速也有6ms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6.07.0ms和7.09.0ms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7.1ms。8 广东南澳果老山测站实测资

28、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9.4ms。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SVref (m/s)5042.537.530由设计者自定Vave (m/s)108.57.56A I15(-)a(-)0.180.180.180.182222B I15(-)a(-)0.160.160.160.163333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15 m/