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风力发电机组并网与脱网.
江苏中动电力设备有限公司 / 2012-08-22

 

    当平均风速高于3m/s时,风轮开始逐渐起动;风速继续升高,当v>4m/s时,机组可自起动直到某一设定转速,此时发电机将按控制程序被自动地联入电网。一般总是小发电机先并网;当风速继续升高到7~8m/s,发电机将被切换到大发电机运行。如果平均风速处于8~20m/s,则直接从大发电机并网。发电机的并网过程,是通过三相主电路上的三组晶闸管完成的。当发电机过渡到稳定的发电状态后,与晶闸管电路平行的旁路接触器合上,机组完成并网过程,进入稳定运行状态。为了避免产生火花,旁路接触器的开与关,都是在晶闸管关断前进行的。
(一)大小发电机的软并网程序
1)发电机转速已达到预置的切人点,该点的设定应低于发电机同步转速。
2)连接在发电机与电网之间的开关元件晶闸管被触发导通(这时旁路接触器处于断开状态),导通角随发电机转速与同步转速的接近而增大,随着导通角的增大,发电机转速的加速度减小。
3)当发电机达到同步转速时,晶闸管导通角完全打开,转速超过同步转速进入发电状态。
4)进入发电状态后,晶闸管导通角继续完全导通,但这时绝大部分的电流是通过旁路接触器输送给电网的,因为它比晶闸管电路的电阻小得多。
并网过程中,电流一般被限制在大发电机额定电流以下,如超出额定电流时间持续3.0s,可以断定晶闸管故障,需要安全停机。由于并网过程是在转速达到同步转速附近进行的,这时转差不大,冲击电流较小,主要是励磁涌流的存在,持续30~40ms。因此无需根据电流反馈调整导通角。晶闸管按照0°、15°、30°、45°、60°、75°、90°、180°导通角依次变化,可保证起动电流在额定电流以下。晶闸管导通角由0°大到180°完全导通,时间一般不超过6s,否则被认为故障。晶闸管完全导通1s后,旁路接触器吸合,发出吸合命令1s内应收到旁路反馈信号,否则旁路投入失败,正常停机。在此期间,晶闸管仍然完全导通,收到旁路反馈信号后,停止触发,风力发电机组进入正常运行。
(二)从小发电机向大发电机的切换
为提高发电机运行效率,风力发电机采用了双速发电机。低风速时,小发电机工作,高风速时,大发电机工作。小发电机为6极绕组,同步转速为1000r/min,大发电机为4极绕组,同步转速1500r/min小发电机向大发电机切换的控制,一般以平均功率或瞬时功率参数为预置切换点。例如NEGMicon750kW机组以10min平均功率达到某一预置值P1或4min平均功率达到预置值P2为切换依据。采用瞬时功率参数时,一般以5min内测量的功率值全部大于某一预置值P1,或lmin内的功率全部大于预置P2值作为切换的依据。
执行小发电机向大发电机的切换时,首先断开小发电机接触器,再断开旁路接触器。此时,发电机脱网,风力将带动发电机转速迅速上升,在到达同步转速1500r/min附近时,再次执行大小发电机的软并网程序。
(三)大发电机向小发电机的切换
当发电机功率持续10min内低于预置值P3时,或10min内平均功率低于预置值P4时,将执行大发电机向小发电机的切换。
首先断开大发电机接触器,再断开旁路接触器。由于发电机在此之前仍处于出力状态,转速在1500r/min以上,脱网后转速将进一步上升。由于存在过速保护和计算机超速检测,因此,应迅速投入小发电机接触器,执行软并网,由电网负荷将发电机转速拖到小发电机额定转速附近。只要转速不超过超速保护的设定值,就允许执行小发电机软并网。
由于风力机是一个巨大的惯性体,当它转速降低时要释放出巨大的能量,这些能量在过渡过程中将全部加在小发电机轴上而转换成电能,这就必然使过渡过程延长。为了使切换过程得以安全、顺利地进行,可以考虑在大发电机切出电网的同时释放叶尖扰流器,使转速下降到小发电机并网预置点以下,再由液压系统收回叶尖扰流器。稍后,发电机转速上升,重新切人电网。国产FD23—200/40kW风力发电机组便是采用这种方式进行切换的。NEGMicon750/200kW风力发电机组也是采用这种方式进行切换的。
(四)电动机起动
电动机起动是指风力发电机组在静止状态时,把发电机用作电动机将机组起动到额定转速并切人电网。电动机起动目前在大型风力发电机组的设计中不再进入自动控制程序。因为气动性能良好的桨叶在风速v>4m/s的条件下即可使机组顺利地自起动到额定转速。
电动机起动一般只在调试期间无风时或某些特殊的情况下,比如气温特别低,又未安装齿轮油加热器时使用。电动机起动可使用安装在机舱内的上位控制器按钮或是通过主控制器键盘的起动按钮操作,总是作用于小发电机。发电机的运行状态分为发电机运行状态和电动机运行状态。发电机起动瞬间,存在较大的冲击电流(甚至超过额定电流的10倍),将持续一段时间(由静止至同步转速之前),因而发电机起动时需采用软起动技术,根据电流反馈值,控制起动电流,以减小对电网冲击和机组的机械振动。电动机起动时间不应超出60s,起动电流小于小发电机额定电流的3倍。
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