第一篇：關于風力發電機組元件的研究

關于風力發電機組元件的研究、應用及改進 因為環保問題的日益突出，能源供應的漸趨緊張，而且風力發電是新能源中技術最成熟的、最具規模開發條件和商業化發展前景的發電方式,目前其發電成本已接近常規發電方式。所以風力發電作為一種清潔的可再生能源的發電方式，已越來越受到世界各國人民的歡迎和重視。中國的風能資源十分豐富。目前,我國的并網型風機主要由國外廠家提供的,大型風機也只能依賴進口或者與外商合作生產。在風機制造水平上,我國生產的最大風電機組功率為千瓦級別,國際主流機型兆瓦級風電設備在我國還處于研發階段。但可以預計,隨著兆瓦級風電設備的國產化和成功應用推廣,中國即將成為世界風電發展最令人矚目的國家之一。

現在風力發電機組使用的大部分都是雙饋異步發電機，此發電機的轉子電氣系統是由集電環與碳刷組成的換向器而實現的，由于接地碳刷的磨損沒有監控或報警系統而使得接地碳刷的過渡磨損而導致集電環損壞。經過現場觀察和研究發現：磨損的集電環基本都是ABC三相集電環輕微磨損，但接地側集電環已經磨損嚴重不得不更換整個集電環裝置，導致集電環的過渡報廢，增大了風電機的檢修維護費用和風電機的可利用率。如果能有效監控或者控制接地碳刷的過渡磨損而損壞集電環裝置，現在行業內的解決辦法是：研究更耐磨更好性能的接地碳刷，經過大量研究發現，雖然接地碳刷的性能有了很大的提高，但是不能解決集電環過渡磨損的根本性問題，由于接地碳刷在磨損范圍內時對集電環的磨損程度是很小的，但是如果接地碳刷過渡磨

損，導致碳刷連接導線的銅絲暴露出來后與集電環產生摩擦，這樣就會使得集電環快速磨損，這樣會在短時間內使得集電環磨損嚴重。為了控制接地碳刷連接導線銅絲不摩擦集電環，應該在碳刷未磨損到連接銅絲高度時產生接地保護信號，提示維護人員更換接地碳刷。為此特研究這種帶有磨損極限保護報警的接地碳刷，原理圖如下：

同時，風力發電又是新能源發電技術中最成熟和最具規模開發條件的發電方式之

一。因此，近幾年來，中國的風力發電事業也得到了很快的發展。

1中國的風能資源

風能資源是由于地球表面大氣流動形成的一種動能資源，因此一般說來，其特點是靠近地面的風速越低，風能就越小；而離地面越高風速越大，其風能也越大，因而在估算風能資源時，離地高度是關鍵因素之一。本文以離地10m高的風

能估算。

由于中國幅員遼闊，海岸線長，擁有豐富的風能資源，但地形條件復雜，因此風能資源的分布并不均勻。據中國氣象科學研究院對全國900多個氣象站測算，陸地風能資源的理論儲量為32.26億kw，可開發的風能資源儲量為2.53億kw，主要集中在北部地區，包括內蒙古、甘肅、新疆、黑龍江、吉林、遼寧、青海、西藏，以及河北等省、區。風能資源豐富的沿海及其島嶼，其可開發量約為10億kw，主要分布在遼寧、河北、山東、江蘇、上海、浙江、福建、廣東、廣西和海南等省、市、區。但北部地區這些省、區，由于地勢平坦、交通便利，因此有利于建設連成一片的大規模風電場，例如新疆的達坂城風電場和內蒙古的輝

騰錫勒風電場等。

2風電的發展過程和現狀

中國的風力發電是于20世紀50年代后期開始進行研究和試點工作的，當時在吉林、遼寧、新疆等省、區建設了容量在10kw以下的小型風力發電場，但其

后就處于停滯狀態。到了20世紀70年代中期以后，在世界能源危機的影響下，特別是在農村、牧區、海島等地方對電力迫切需求的推動下，中國的一些地區和部門對風力發電的研究、試點和推廣應用又給予了重視與支持，但在這一階段，其風電設備都是獨立運行的。直到1986年，在山東榮城建成了中國第一座并網運行的風電場后，從此并網運行的風電場建設進入了探索和示范階段，但其特點是規模和單機容量均較小。到1990年已建成4座并網型風電場，總裝機容量為

4.215mw，其最大單機容量為200kw。在此基礎上，風力發電從1991年起開始步入了逐步推廣階段，到1995年，全國共建成了5座并網型風電場，裝機總容量為36.1mw，最大單機容量為500kw。1996年后，風力發電進入了擴大建設規模的階段，其特點是風電場規模和裝機容量均較大，最大單機容量為1300kw。從1996～2002年末，中國風電裝機總容量已達470mw。而一些省份風電裝機容量見

表1。

表1一些省份2002年末風電裝機容量

省、區容量(mw)省、區容量(mw)

遼寧102.51吉林30.06

新疆89.65甘肅16.20

廣東79.29河北13.45

內蒙古75.84福建12.00

浙江33.05海南8.70

3風電場投資成本和風電機組的制造技術

(1)風電場投資成本：

風電場投資成本(單位千瓦造價)是衡量風電場建設經濟性的主要因素，歸納

起來有以下三個方面：

①風電機組的制造成本，由于風電機組是風電場的主要設備，因此風電機組的制造成本將直接關系到風電場的總投資。但隨著風電機組制造技術的不斷提高和機組性能的不斷改進，其單機容量的不斷擴大，這將使風電機組單位千瓦的造

價會明顯下降，因此也隨之使風電場的造價下降。

②風電場的規模，亦即風電場的裝機容量。一般說來，風電場的規模越大，其造價越低，這就是所謂規模效應。這種規模效應將使風電場單位千瓦的配套設

施相對地下降，如與電網配套設施的建設費用等。

③風電場選址，這也直接關系到風電場的經濟效益。風電場選址、風電機組定位都選得適當，那么風電場就可以多發電量，風電場的經濟性就好，若風電場選在交通便利的地方，運輸成本就可下降等，這些也將使風電場的建設成本下降。

從中國目前風電場單位千瓦的造價看，其總趨勢在不斷地下降之中，例如，20世紀90年代中期，中國風電場的單位千瓦造價，還高達10000多元/kw，但到了21世紀初，單位kw的造價已降到8000多元/kw，這說明中國風電事業在近12年中，有了長足的進步，也為今后的大發展打下了基礎。當然中國的風電場建設成本比起發達國家來，還有一定的差距，不過隨著中國風電機組制造水平的不斷提高和風電場建設經驗的不斷積累，其造價將進一步地下降。

(2)風電機組的制造技術：

風電機組是風電場的發電設備，也是風電場的主要設備，其投資約占風電場總投資的60%～80%，因此風電機組的制造水平將直接反映一個國家風電的發展

水平。

自20世紀70年代中、后期開始，中國真正進入了現代風力發電技術的研究和開發階段。在這一階段中，經過單機分散研制、重點攻關、實用推廣，以及系列化和標準化等工作之后，使中國的風力發電技術無論在科學研究方面，還是在設計制造方面均有了不小的進步和提高，同時也取得了明顯的社會效益和經濟效益，主要解決了邊遠無電地區的農、牧、漁民的用電問題。但其風電機組的單機

容量僅為幾百瓦到10kw，也均屬獨立運行的風電機組。

到了20世紀80年代，主要集中在研制并網型的風電機組上，并且陸續制造出從幾十kw到200kw的機組。但由于這些風電機組自行研制周期長，又趕不上市場對更大容量風電機組的需求，因此大部分樣機均來不及改進和完善并轉化為商業性機組。在這種情況下，為了盡快提高中國風電機組的制造水平和滿足市場的需求，國家采取了以下兩條措施：①引進國外成熟技術，吸收消化，以提高國產化機組的制造技術。例如，已通過支付技術轉讓費的方式，從國外引進了600kw機組全套制造技術。目前，國內有關的風電機組制造廠家的風電主機生產企業，已研制出600kw機組的關鍵部件，如發電機、齒輪箱和葉片等，并且600kw的機組其本地化率已可達90%。②采用與國外公司合作生產的方式引進技術，并允許國外風電機組制造廠商在中國投資設廠。如國際著名的葉片制造商丹麥的lm公司就在天津獨資設廠生產。而中國風力發電的大發展將為這些企業提供良好的機

遇。

4中國風電的發展前景

(1)發展風電的必要性：

前面已經提到，中國有豐富的風能資源，這為發展中國的風電事業創造了十分有利的條件。但就中國目前電力事業而言，火力發電仍是中國的主力電源。以燃煤為主的火電廠，正在大量排放co2和so2等污染氣體，這對中國的環保極為不利。而發展風電，一方面有利于中國電源結構的調整；另一方面又有利于減少污染氣體的排放而緩解全球變暖的威脅。同時，又有利于減少能源進口方面的壓

力，對提高中國能源供應的多樣性和安全性將作出積極的貢獻。

(2)國家對發展風電的政策支持：

由于風電場建設成本較高，加之風能的不穩定性，因而導致風電電價較高，而無法與常規的火電相競爭。在這種情況下，為了支持發展風力發電，國家曾給

予多方面政策支持。

例如，1994年原電力工業部決定將風電作為電力工業的新清潔能源，制定了關于風電并網的規定。規定指出，風電場可以就近上網，而電力部門應全部收購其電量，同時指出其電價可按“發電成本加還本付息加合理利潤”原則確定，高于電網平均電價部分在網內攤消。為了搞好風電場項目的規范化管理，又陸續發布了一些行業標準，如風電場項目可行性研究報告編制規程和風電場運行規程

等。有了上述的政策支持，從此風電的發展便進入了產業化發展階段。與此同時，國家為了支持和鼓勵發展風電產業，原國家計委和國家經貿委曾

提供補貼或貼息貸款，給建立采用國產機組的示范風電場業主。

(3)發展風電的展望：

據不完全統計，2003年年初在建項目的裝機容量約為60多萬kw，其中正在施工的約有10萬kw，可研批復的有22萬kw，項目建議書批復的有32萬kw，包括兩個特許權項目。如果這些項目能夠如期完成，那么到2005年底合計裝機

可超過100萬kw。

預計“十一五”計劃期間(2006～2010年)，全國新增風電裝機容量可達280

萬kw，因而累計裝機總容量約可達400萬kw。

5結束語

風力發電是一個集計算機技術、空氣動力學、結構力學和材料科學等綜合性學科的技術。中國有豐富的風能資源，因此風力發電在中國有著廣闊的發展前景，而風能利用必將為中國的環保事業、能源結構的調整，減少對進口能源依賴作出巨大的貢獻。展望未來隨著風電機組制造成本的不斷降低，化石燃料的逐步減少及其開采成本的增加，將使風電漸具市場競爭力，因此其發展前景將是十分巨大的。

第二篇：風力發電機組

6．1一般規定

6.1.1單位工程可按風力發電機組、升壓站、線路、建筑、交通五大類進行劃分，每個單位工程是由若干個分部工程組成的，它具有獨立的、完整的功能。

6.1.2單位工程完工后，施工單位應向建設單泣提出驗收申請,單位工程驗收領導小組應及時組織驗收。同類單位工程完工驗收可按完工日期先后分別進行，也可按部分或全部同類單位工程一道組織驗收。對于不同類單位工程，如完工日期相近，為減少組織驗收次數，單位工程驗收領導小組也可按部分或全部各類單位工程一道組織驗收。

6.1.3單位工程完工驗收必須按照設計文件及有關標準進行。驗收重點是檢查工程內在質量，質監部門應有簽證意見。

6.1.4單位工程完工驗收結束后，建設單位應向項目法人單位報告驗收結果，工程合格應簽發單位工程完工驗收鑒定(單位工程完工驗收鑒定書內容與格式參見附錄A)。

6．2風力發電機組安裝工程驗收

6.2.1每臺風力發電機組的安裝工程為一個單位工程．它由風力發電機組基礎、風力發電機組安裝、風力發電機監控系統、塔架、電纜、箱式變電站、防雷接地網七個分部工程組成。各分部工程完工后必須及時組織有監理參加的自檢驗收。

6．2．2驗收應檢查項目。’、l風力發電機組基礎。

1)基礎尺寸、鋼筋規格、型號、鋼筋網結構及綁扎、混凝土試塊試驗報告及澆注工藝等應符合設計要求。

2)基礎澆注后應保養28天后方可進行塔架安裝，塔架安裝時基礎的強度不應低于設計強度的75％。

3)基礎埋設件應與設計相符。風力發電機組安裝。

1）風輪、傳動機構、增速機構、發電機、偏航機構、氣動剎車機構、機械剎車機構、冷卻系統、液壓系

統、電氣控制系統等部件、系統應符合合同中的技

術要求。． ：

2）液壓系統、冷卻系統、潤滑系統、齒輪箱等無漏、滲油現象，且油品符合要求，油位應正常。

3)機艙、塔內控制柜、電纜等電氣連接應安全可靠，相序正確。接地應牢固可靠。應有防振、防潮、防

磨損等安全措施。風力發電機組監控系統。

1)各類控制信號傳感器等零部件應齊全完整，連接正

確，無損傷，其技術參數、規格型號應符合合同中的技術要求。

2)機組與中央監控、遠程監控設備安裝連接應符合設

計要求。塔架。

1)表面防腐涂層應完好無銹色、無損傷。

2)塔架材質、規格型號、外形尺寸、垂直度、端面平

行度等應符合設計要求。

3)塔筒、法蘭焊接應經探傷檢驗并符合設計標準。

4)塔架所有對接面的緊固螺栓強度應符合設計要求。

應利用專門裝配工具擰緊到廠家規定舶力矩。檢查

各段塔架法蘭結合面，應接觸良好，符合設計要求。

5電纜。

1)在驗收時，應按GB50168的要求進行檢查。

2)電纜外露部分應有安全防護措施。

6箱式變電站。

1)箱式變電站的電壓等級、銘牌出力、回路電阻、油

溫應符合設計要求。

2)繞組、套管和絕緣油等試驗均應遵照GB50150的規

定進行。

3)部件和零件應完整齊全，壓力釋放閥、負荷開關、接地開關、低壓配電裝置、避雷裝置等電氣和機械

性能應良好，無接觸不良和卡澀現象。

4)冷卻裝置運行正常，散熱器及風扇齊全。

5)主要表計、顯示部件完好準確，熔絲保護、防爆裝

置和信號裝置等部件應完好、動作可靠。

6)一次回路設備絕緣及運行情況良好。

7)變壓器本身及周圍環境整潔、無滲油，照明良好，標志齊全。

7防雷接地網。

1)防雷接地網的埋設、材料應符合設計要求。

2)連接處焊接牢靠、接地網引出處應符合要求，且標

志明顯。

3)接地網接地電阻應符臺風力發電機組設計要求。

6．2．3驗收應具備的條件。|

1各分部工程自檢驗收必須全部合格，2施工、主要工序和隱蔽工程檢查簽證記錄、分部工程完工驗收記錄、缺陷整改情況報告及有關設備、材料、試件的試驗報告等資料應齊全完整，并已分類整理完畢。

6．2．4主要驗收工作。

l檢查風力發電機組、箱式變電站的規格型號、技術性能指標及技術說明書、試驗記錄、合格證件、安裝圖紙、備品配件和專用工器具及其清單等。+

2檢查各分部工程驗收記錄、報告及有關施工中的關鍵工序和隱蔽工程檢查、簽證記錄等資料。

3按6.2.2的要求檢查工程施工質量。

4對缺陷提出處理意見。

5對工程作出評價。．

6做好驗收簽證工作。

6．3升壓站設備安裝調試工程驗收

6．3．1升壓站設備安裝調試單位工程包括主變壓器、高壓電器、低壓電器、母線裝置、盤柜及二次回路接線、低壓配電設備等的安裝調試及電纜鋪設、防雷接地裝置八個分部工程。各分部工程完工后必須及時組織有監理參加的自檢驗收。

6．3．2驗收應檢查項目。

l主變壓器。

1)本體、冷卻裝置及所有附件應無缺陷，且不滲油。

2)油漆應完整，相色標志正確。

3)變壓器頂蓋上應無遺留雜物，環境清潔無雜物。

4)事故排油設施應完好，消防設施安全。

5)儲油柜、冷卻裝置、凈油器等油系統上的油門均應

打開，且指示正確。

6)接地引下線及其與主接地網的連接應滿足設計要求，接地應可靠。．

7)分接頭的位置應符合運行要求。有載調壓切換裝置

遠方操作應動作可靠，指示位置正確。

8)變壓器的相位及繞組的接線組別應符合并列運行要

求。

9)測溫裝置指示正確，整定值符合要求。

10）全部電氣試驗應合格，保護裝置整定值符合規定，操作及聯動試驗正確

11)冷卻裝置運行正常，散熱裝置齊全。高、低壓電器。

1)電器型號、規格應符合設計要求。

2)電器外觀完好，絕緣器件無裂紋，絕緣電阻值符合要求，絕緣良好。

3)相色正確，電器接零、接地可靠。

4)電器排列整齊．連接可靠，接觸良好，外表清潔完

整。

5)高壓電器的瓷件質量應符合現行國家標準和有關瓷

產品技術條件的規定。

6)斷路器無滲油，油位正常。操動機構的聯動正常，無卡澀現象。

7)組合電器及其傳動機構的聯動應正常，無卡澀。

8)開關操動機構、傳動裝置、輔助開關及閉鎖裝置應

安裝牢靠，動作靈活可靠，位置指示正確．無滲漏。

9)電抗器支柱完整，無裂紋，支柱絕緣子的接地應良

好。

10)避雷器應完整無損，封口處密封良好。

11)低壓電器活動部件動作靈活可靠．聯鎖傳動裝置動

作正確，標志清晰。通電后操作靈活可靠，電磁器件

無異常響聲，觸頭壓力，接觸電阻符合規定。

12)電容器布置接線正確，端子連接可靠。保護回路完

整，外殼完好無滲油現象，支架外殼接地可靠，室內通風良好。

13)互感器鄉}觀應完整無缺損，油浸式互感器應無滲油，油位指示正常，保護間隙的距離應符含規定，相色 應正確，接地良好。

3盤、柜及二次圓路接線。

1)固定和接地應可靠，漆層完好、清潔整齊。

2)電器元件齊全完好，安裝位置正確，接線準確，固

定連接可靠，標志齊全清晰，絕緣符合要求。

3)手車開關柜推入與拉出應靈活，機械閉鎖可靠。

4)柜內一次設備的安裝質量符合要求，照明裝置齊全。

5)盤、柜及電纜管道安裝后封堵完好，應有防積水、防結冰、防潮、防雷措施。

6)操作與聯動試驗正確。

7)所有二次回路接線準確，連接可靠。標志齊全清晰，絕緣符合要求。

4母線裝置。

1)金屬加工、配制，螺栓連接、焊接等應符合國家現

行標準的有關規定。

2)所有螺栓、墊圈、閉口銷、鎖緊銷、彈簧墊圈、鎖

緊螺母齊全、可靠。

3)母線配制及安裝架設應符合設計規定，且連接正確．

一接觸可靠。

4)瓷件完整、清潔，軟件和瓷件膠合完整無損，充油

套管無滲油。油位正確。

5)油漆應完好，相色正確，接地良好。

5電纜。．

1)規格符合規定，排列整齊，無損傷，相色、路徑標

志齊全、正確、清晰。

2)電纜終端、接頭安裝牢固，彎曲半徑、有關距離、接線相序和排列符合要求，接地良好。

3)電纜溝無雜物，蓋板齊全，照明、通風、排水設施、防火措施符合設計要求。

4)電纜支架等的金屬部件防腐層應完好。低壓配電設備。

1)設備柜架和基礎必須接地或接零可靠。

2)低壓成套配電柜、控制柜、照明配龜箱等應有可靠的電擊保護。

3)手車、抽出式配電柜推拉應靈活，無卡澀、碰撞現

象。

4)箱(盤)內配線整齊，無絞接現象，箱內開關動作

靈活可靠。

5)低壓成套配電柜交接試驗和箱、柜內的裝置應符合設計要求及有關規定。

6)設備部件齊全，安裝連接應可靠。防雷接地裝置。

1)整個接地網外露部分的連接應可靠，接地線規格正

確，防腐層應完好，標志齊全明顯。

2)避雷針(罩)的安裝位置及高度應符合設計要求。

3)工頻接地電阻值及設計要求的其他測試參數應符合設計規定。

6.3.3驗收應具備的條件。

l各分部工程自查驗收必須全部合格。

2倒送電沖擊試驗正常，且有監理簽證。

3設備說明書、合格證、試驗報告、安裝記錄、調度記錄等資料齊全完整。

6．3．4主要驗收工作。

l檢查電氣安裝調試是否符合設計要求。

2檢查制造廠提供的產品說明書：試驗記錄、合格證件、安裝圖紙、備品備件和專用工具及其清單。

3檢查安裝調試記錄和報告、各分部工程驗收記錄和報告及施工中的關鍵工序和隱蔽工程檢查簽證記錄等資料。

4按6.3.2的要求檢查工程質量。

5對缺陷提出處理意見。

6對工程作出評價。

7做好驗收簽證工作。

第三篇：風力發電機組的防雷接地研究

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風力發電機組的防雷接地研究

作者：趙國普 楊陽 陳旖旎

來源：《教育科學博覽》2012年第10期

摘要：隨著風力發電技術的日益成熟，接地安全性越來越重要，在高土壤電阻率下采用傳統方法降低風機基礎的接地電阻很困難，本文利用DK-電解地極的優點，應用在風機接地中，綜合以往的降阻方法，改善風力發電機組的防雷接地方案，具有一定的實際應用性。

第四篇：風力發電機組并網技術

風力發電機組并網技術

20世紀90年代，L.Xu, Bhowink, Machromoum, R.Pena等學者對雙饋電機在變速恒頻風力發電系統中的應用進行了理論、仿真分析和試驗研究，為雙饋電機在風力發電系統中的應用打下了理論基礎。同時，電力電子技術和計算機技術的高速發展，使得采用電力電子元件(IGBT等)和脈寬調制(PWM)控制的變流技術在雙饋電機控制系統中得到了應用，這大大促進了雙饋電機控制技術在風電系統中的應用。八十年代以后，功率半導體器件發展的主要方向是高頻化、大功率、低損耗和良好的可控性，并在交流調速領域內得到廣泛應用，使其控制性能可以和直流電機媲美。九十年代微機控制技術的發展，加速了雙饋電機在工業領域的應用步伐。近十年來是雙饋電機最重要的發展階段，變速恒頻雙饋風力發電機組已由基本控制技術向優化控制策略方向發展。其勵磁控制系統所用變流裝置主要有交交變流器和交直交變流器兩種結構形式:(1)交交變流器的特點是容量大，但是輸出電壓諧波多，輸入側功率因數低，使用功率元件數量較多。(2)采用全控電力電子器件的交直交變流器可以有效克服交交變流器的缺點，而且易于控制策略的實現和功率雙向流動，非常適用于變速恒頻雙饋風力發電系統的勵磁控制。

為了改善發電系統的性能，國內外學者對變速恒頻雙饋發電機組的勵磁控制策略進行了較深入的研究，主要為基于各種定向方式的矢量控制策略和直接轉矩控制策略。我國科研機構從上世紀九十年代開始了對變速恒頻雙饋風力發電系統控制技術的研究，但大多數研究還僅限于實驗室，只有部分研究成果在中，在小型風力發電機的勵磁控制系統中得到應用。因此，加快雙饋機組的勵磁控制技術的研究進度對提高我國風電機組自主化進程具有重要意義。

除了上面提到的雙饋風力發電系統勵磁控制技術研究以外，變速恒頻雙饋風力發電系統還有許多研究熱點包括:

(I)風力發電系統的軟并網軟解列研究

軟并網和軟解列是目前風力發電系統的一個重要部分。一般的，當電網容量比發電機的容量大得多的時候，可以不考慮發電機并網的沖擊電流，鑒于目前并網運行的發電機組已經發展到兆瓦級水平，所以必須要限制發電機在并網和解列時候的沖擊電流，做到對電網無沖擊或者沖擊最小。

(2)無速度傳感器技術在雙饋異步風力發電系統應用的研究

近年，雙饋電機的無位置以及無速度傳感器控制成了風力發電領域的一個重要研究方向，在雙饋異步風力發電系統中需要知道電機轉速以及位置信息，但是速度以及位置傳感器的采用提高了成本并且帶來了一些不便。理論上可以通過電機的電壓和電流實時計算出電機的轉速，從而實現無速度傳感器控制。如果采用無傳感器控就可以使發電機和逆變器之間連線消除，降低了系統成本，增強了控制系統的抗干擾性和可靠性。

(3)電網故障狀態下風力發電系統不間斷運行等方面

并網型雙饋風力發電機系統的定子繞組連接電網上，在運行過程中，各種原因引起的電網電壓波動、跌落甚至短路故障會影響發電機的不間斷運行。電網發生突然跌落時，發電機將產生較高的瞬時電磁轉矩和電磁功率，可能造成發電機系統的機械損壞或熱損壞，所以三相電網電壓突然跌落時的系統持續運行控制策略的研究是目前研究焦點問題之一。

此外，雙饋風力發電系統的頻率穩定以及無功極限方面也是目前研究的熱點。

在大型風力發電系統運行過程中，經常需要把風力發電機組接入電力系統并列運行。發電機并網是風力發電系統正常運行的“起點”，也是整個風力發電系統能夠良好運行的前提。其主要要求是限制發電機在并網時的瞬變電流，避免對電網造成過大的沖擊，并網過程是否平穩直接關系到含風電電網的穩定性和發電機的安全性。當電網的容量比發電機的容量大的多(大于25倍)的時候，發電機并網時的沖擊電流可以不考慮。但風力發電機組的單機容量越來越大，目前己經發展到兆瓦級水平，機組并網對電網的沖擊已經不能忽視。比較嚴重的后果不但會引起電網電壓的大幅下降，而且還會對發電機組各部件造成損害;而且，長時間的并網沖擊，甚至還會造成電力系統的解列以及威脅其它發電機組的正常運行。

因此必須通過合適的發電機并網方式來抑制并網沖擊電流。

目前，實現發電機并網的方式主要有兩種，一種被稱為準同期方式，另一種被稱為自同期方式。準同期方式是將已經勵磁的發電機在達到同期條件后并入電網;自同期方式則是將沒有被勵磁的發電機在達到額定轉速時并入電網，隨即給發電機加上勵磁，接著轉子被拉入同步。自同期方式由于當發電機合閘時，沖擊電流較大，母線電壓跌落較多而很少采用。因此，現在發電機的主要并網方式為準同期方式，它能控制發電機快速滿足準同期條件，從而實現準確、安全并網。

異步風力發電機組并網

異步發電機投入運行時，由于靠轉差率來調整負荷，其輸出的功率與轉速近乎成線性關系，因此對機組的調速要求不像同步發電機那么嚴格精確，不需要同步設備和整步操作，只要轉速接近同步轉速時就可并網。但異步發電機的并網也存在一些問題。例如直接并網時會產生過大的沖擊電流(約為異步發電機額定電流的4～7倍)，并使電網電壓瞬時下降。隨著風力發電機組電機容量的不斷增大，這種沖擊電流對發電機自身部件的安全以及對電網的影響也愈加嚴重。過大的沖擊電流，有可能使發電機與電網連接的主回路中自動開關斷開;而電網電壓的較大幅度下降；則可能會使低壓保護動作，從而導致異步發電機根本不能并網。另外，異步發電機還存在著本身不能輸出無功功率、需要無功補償、過高的系統電壓會造成發電機磁路飽和等問題。

目前，國內外采用異步發電機的風力發電機組并網方式主要有以下幾種。

(1)直接并網方式

這種并網方法要求并網時發電機的相序與電網的相序相同，當風力機驅動的異步發電機轉速接近同步轉速(90%一100%)時即可完成自動并網，見圖(2-6)所示，自動并網的信號由測速裝置給出，然后通過自動空氣開關合閘完成并網過程。這種并網方式比同步發電機的準同步并網簡單，但并網瞬間存在三相短路現象，并網沖擊電流達到4～5倍額定電流，會引起電力系統電壓的瞬時下降。這種并網方式只適合用于發電機組容量較小或與大電網相并的場合。

(2)準同期并網方式

與同步發電機準同步并網方式相同，在轉速接近同步轉速時，先用電容勵磁，建立額定電壓，然后對已勵磁建立的發電機電壓和頻率進行調節和校正，使其與系統同步。當發電機的電壓、頻率、相位與系統一致時，將發電機投入電網運行，見圖(2-7)所示。采用這種方式，若按傳統的步驟經整步到同步并網，則仍須要高精度的調速器和整步、同期設備，不僅要增加機組的造價，而且從整步達到準同步并網所花費的時間很長，這是我們所不希望的。該并網方式合閘瞬間盡管沖擊電流很小，但必須控制在最大允許的轉矩范圍內運行，以免造成網上飛車。

(3)降壓并網方式

降壓并網是在異步發電機和電網之間串接電阻或電抗器或者接入自禍變壓器，以便達到降低并網合閘瞬間沖擊電流幅值及電網電壓下降的幅度。因為電阻、電抗器等元件要消耗功率，在發電機進入穩態運行后必須將其迅速切除。顯然這種并網方法的經濟性較差。

(4)晶閘管軟并網方式

這種并網方式是在異步發電機定子與電網之間通過每相串入一只雙向晶閘管連接起來，來對發電機的輸入電壓進行調節。雙向晶閘管的兩端與并網自動開關K2的動合觸頭并聯，如圖2-9所示。

接入雙向晶閘管的目的是將發電機并網瞬間的沖擊電流控制在允許的限度內。圖(2-9)示出軟并網裝置的原理。通過采集US和IS的幅值和相位，對晶閘管的導通角進行控制。具體的并網過程是:當風力發電機組接收到由控制系統微處理機發出的啟動命令后，先檢查發電機的相序與電網的相序是否一致，若相序正確，則發出松閘命令，風力發電機組開始啟動；當發電機轉速接近同步轉速時(約為99 %-100%同步轉速)，雙向晶閘管的控制角同時由180度到0度逐漸同步打開，與此同時，雙向晶閘管的導通角則同時由0度到180度逐漸增大，此時并網自動開關K2未動作，動合觸點未閉合，異步發電機即通過晶閘管平穩地并入電網，隨著發電機轉速的繼續升高，電機的轉差率趨于零，當轉差率為零時，雙向晶閘管已全部導通，并網自動開關K2動作，短接雙向晶閘管，異步發電機的輸出電流將不再經雙向晶閘管，而是通過已閉合的自動開關K2流入電網。在發電機并網后，應立即在發電機端并入補償電容，將發電機的功率因數(cos }p)提高到0.95以上。由于風速變化的隨機性，在達到額定功率前，發電機的輸出功率大小是隨機變化的，因此對補償電容的投入與切除也需要進行控制，一般是在控制系統中設有幾組容量不同的補償電容，根據輸出無功功率的變化，控制補償電容的分段投入或切除。這種并網方法的特點是通過控制晶閘管的導通角，來連續調節加在負載上的電壓波形，進而改變負載電壓的有效值。目前，采用晶閘管軟切入裝置((SOFT CUT-IN)已成為大型異步風力發電機組中不可缺少的組成部分，用于限制發電機并網以及大小電機切換時的瞬態沖擊電流，以免對電網造成過大的沖擊。

晶閘管軟并網技術雖然是目前一種較為先進的并網方法，但它也對晶閘管器件以及與之相關的晶閘管觸發電路提出了嚴格的要求，即晶閘管器件的特性要一致、穩定以及觸發電路可靠，只有發電機主回路中的每相的雙向晶閘管特性一致，并且控制極觸發電壓、觸發電流一致，全開通后壓降相同，才能保證可控硅導通角在0度到180度范圍內同步逐漸增大，才能保證發電機三相電流平衡，否則會對發電機

不利。

適合交流勵磁雙饋風力發電機組的并網技術

目前，適合交流勵磁雙饋風力發電機組的并網方式主要是基于定子磁鏈定向矢量控制的準同期并網控制技術，包括空載并網方式，獨立負載并網方式，以及孤島并網方式。另外，對于垂直軸型的雙饋機組，由于不能自動起動，所以必須采用“電動式”并網方式。下面對各種并網方式的實現原理分別給予了簡要介紹。

(1)空載并網技術

所謂空載并網就是并網前雙饋發電機空載，定子電流為零，提取電網的電壓信息(幅值、頻率、相位)作為依據提供給雙饋發電機的控制系統，通過引入定子磁鏈定向技術對發電機的輸出電壓進行調節，使建立的雙饋發電機定子空載電壓與電網電壓的頻率、相位和幅值一致。當滿足并網條件時進行并網操作，并網成功后控制策略從并網控制切換到發電控制。如圖(2-10)所示。

（2)獨立負載并網技術

獨立負載并網技術的基本思路為:并網前雙饋電機帶負載運行(如電阻性負載)，根據電網信息和定子電壓、電流對雙饋電機和負載的值進行控制，在滿足并網條件時進行并網。獨立負載并網方式的特點是并網前雙饋電機已經帶有獨立負載，定子有電流，因此并網控制所需要的信息不僅取自于電網側，同時還取自于雙饋電機定子側。

負載并網方式發電機具有一定的能量調節作用，可與風力機配合實現轉速的控制，降低了對風力機調速能力的要求，但控制較為復雜。

(3)孤島并網方式

孤島并網控制方案可分為3個階段。第一階段為勵磁階段，見圖(2-12)所示，從電網側引入一路預充電回路接交—直—交變流器的直流側。預充電回路由開關K1、預充電變壓器和直流充電器構成。

當風機轉速達到一定轉速要求后，K1閉合，直流充電器通過預充電變壓器給交—直—交變流器的直流側充電。充電結束后，電機側變流器開始工作，供給雙饋電機轉子側勵磁電流。此時，控制雙饋電機定子側電壓逐漸上升，直至輸出電壓達到額定值，勵磁階段結束。

第二階段為孤島運行階段。首先將Kl

斷開，然后啟動網側變流器，使之開始升壓運行，將直流側

升壓到所需值。此時，能量在網側變流器，電機側變流器以及雙饋電機之間流動，它們共同組成一個孤島運行方式。

第三階段為并網階段。在孤島運行階段，定子側電壓的幅值、頻率和相位都與電網側相同。此時閉合開關K2，電機與電網之間可以實現無沖擊并網。并網后，可通過調節風機的槳距角來增加風力機輸入能量，從而達到發電的目的。

(4)“由動式”并網方式

前面介紹的幾種并網方式都是針對具有自起動能力的水平軸雙饋風力發電機組的準同期并網方式，對于垂直軸型的雙饋機組(又稱達里厄型風力機)由于不具備自啟動能力，風力發電機組在靜止狀態下的起動可由雙饋電機運行于電動機工況來實現。

如圖(2-13)所示，為實現系統起動在轉子繞組與轉子側變頻器之間安裝一個單刀雙擲開關K3，在進行并網操作時，首先操作K3將雙饋發電機轉子經電阻短路，然后閉合K1連接電網與定子繞組。在電網電壓作用下雙饋電機將以感應電動機轉子串電阻方式逐漸起動。通過調節轉子串電阻的大小，可以提高起動轉矩減小起動電流，從而緩解機組起動過程的暫態沖擊。當雙饋感應發電機轉速逐漸上升并接近同步轉速時，轉子電流將下降到零。在此條件下，操作K3斷開串聯電阻后將轉子繞組與轉子側變頻器相連接，同時觸發轉子側變頻器投入勵磁。最后在成功投入勵磁后，調節勵磁使雙饋發電機迅速進入定子功率或轉速控制狀態，完成機組起動過程。

這種并網方式實現方法簡單，通過適當的順序控制就能夠實現不具備自起動能力的雙饋發電機組的起動與并網的需要，如果電機轉子側安裝有“CrowBarProtection”保護裝置，則通過控制器投切“CrowBar Protection”就可以實現系統的起動與準同期并網。

空載并網方式并網前發電機不帶負載，不參與能量和轉速的控制，所以為了防止在并網前發電機的能量失衡而引起的轉速失控，應由原動機來控制發電機組的轉速。獨立負載并網方式并網前接有負載，發電機參與原動機的能量控制，表現在一方面改變發電機的負載，調節發電機的能量輸出，另一方面在負載一定的情況下，改變發電機轉速的同時，改變能量在電機內部的分配關系。前一種作用實現了發電機能量的粗調，后一種實現了發電機能量的細調。可以看出，空載并網方式需要原動機具有足夠的調速能力，對原動機的要求較高;獨立負載并網方式，發電機具有一定的能量調節作用，可與原動機配合實現轉速的控制，降低了對原動機調速能力的要求，但控制復雜，需要進行電壓補償和檢測更多的電壓、電流量。孤島并網方式是一種近年來才提出的比較新穎的一種并網方式，在并網前形成能量回路，轉子變換器的能量輸入由定子提供，降低了并網時的能量損耗。

其中空載并網方式由于具有控制策略簡單，控制效果好，而在實際機組中廣泛采用，而負載并網方式、孤島并網方式以及“電動式”并網方式由于存在控制系統較為復雜，系統穩定性差等缺點目前仍然停留在理論探索階段。

雙饋發電機并網控制與功率控制的切換

雙饋風力發電系統并網控制的目的是對發電機的輸出電壓進行調節，使建立的DFIG的定子空載電壓與電網電壓的幅值、頻率、和相位保持一致，當滿足并網條件時進行并網操作，并網成功后進行最大風能追蹤控制

.并網成功后一方面變槳距系統將槳葉節距角置于0以獲得最佳風能利用系數，與此同時轉子勵磁系統開始進行最大功率點跟蹤(Maximum Power pointTracking,MPPT)控制，以捕獲最大風能。并網切換前后控制策略有較大差異，如果直接切換，則控制系統重新從零開始調節，必然引起轉子電壓的突變，從而造成并網瞬間系統產生振蕩，這種振蕩可能短時間內使系統輸出有很大的偏差，致使控制量超過系統可能的最大允許范圍，容易造成發電機損壞，而這在實際的并網過程中是十分不利的。為此，要達到發電機順利、安全并網的目的還必須實現控制策略的無擾切換，使轉子輸出電壓平穩的過渡到新的穩定狀態。

雙饋發電機的解列控制

基于雙饋電機的變速恒頻風力發電系統，在風速達到最低啟動風速(切入風速)后開始進行并網控制使空載定子電壓跟隨電網電壓，風電機組平穩的并入電網，運行發電。在風力機并入電網后會根據風速大小的不同實施不同的控制策略，包括MPPT控制、恒轉速控制及恒功率控制。當高于停機風速(切出風速)時，便會將風機從電網中切出，即解列控制。解列控制的要求是在斷網瞬間定子電流為零。由于在斷網前雙饋電機實施恒功率控制，所以在解列控制中一方面要通過變槳距系統將槳葉節距角刀調至90，即順槳狀態，以減少風輪吸收的機械能降低轉子的轉速，另一方面通過轉子勵磁系統控制轉子電流的轉矩分量和勵磁分量逐漸減小到零，從而使得雙饋電機的定子電流逐漸變化到零，最后在零電流狀態下與電網脫開，完成軟切出過程。oo

第五篇：風力發電機組故障排除

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風力發電機組故障排除

伴隨著風機種類和數量的增加，新機組的不斷投運，舊機組的不斷老化，風機的日常運行維護也是越來越重要。現在就風機的運行維護作一下探討。

一．運行風力發電機組的控制系統是采用工業微處理器進行控制，一般都由多個CPU并列運行，其自身的抗干擾能力強，并且通過通信線路與計算機相連，可進行 遠程控制，這大大降低了運行的工作量。所以風機的運行工作就是進行遠程故障排除和運行數據統計分析及故障原因分析。

1．遠程故障排除風機的大部分故障都可以進行遠程復位控制和自動復位控制。風機的運行和電網質量好壞是息息相關的，為了進行雙向保護，風機設置了多重保護 故障，如電網電壓高、低，電網頻率高、低等，這些故障是可自動復位的。由于風能的不可控制性，所以過風速的極限值也可自動復位。還有溫度的限定值也可自動 復位，如發電機溫度高，齒輪箱溫度高、低，環境溫度低等。風機的過負荷故障也是可自動復位的。除了自動復位的故障以外，其它可遠程復位控制故障引起的原因 有以下幾種：

(1)風機控制器誤報故障；

(2)各檢測傳感器誤動作；

(3)控制器認為風機運行不可靠。

2．運行數據統計分析對風電場設備在運行中發生的情況進行詳細的統計分析是風電場管理的一項重要內容。通過運行數據的統計分析，可對運行維護工作進行考核 量化，也可對風電場的設計，風資源的評估，設備選型提供有效的理論依據。每個月的發電量統計報表，是運行工作的重要內容之一，其真實可靠性直接和經濟效益 掛鉤。其主要內容有：風機的月發電量，場用電量，風機的設備正常工作時間，故障時間，標準利用小時，電網停電，故障時間等。風機的功率曲線數據統計與分 析，可對風機在提高出力和提高風能利用率上提供實踐依據。例如，在對國產化風機的功率曲線分析后，我們對后三臺風機的安裝角進行了調節，降低了高風速區的 出力，提高了低風速區的利用率，減少了過發故障和發電機溫度過高故障，提高了設備的可利用率。通過對風況數據的統計和分析，我們掌握了各型風機隨季節變化 的出力規律，并以此可制定合理的定期維護工作時間表，以減少風資源的浪費。

3．故障原因分析我們通過對風機各種故障深入的分析，可以減少排除故障的時間或防止多發性故障的發生次數，減少停機時間，提高設備完好率和可利用率。如對 150kW風機偏航電機過負荷這一故障的分析，我們得知有以下多種原因導致該故障的發生，首先機械上有電機輸出軸及鍵塊磨損導致過負荷，偏航滑靴間隙的變 化引起過負荷，偏航大齒盤斷齒發生偏航電機過負荷，在電氣上引起過負荷的原因有軟偏模塊損壞，軟偏觸發板損壞，偏航接觸器損壞，偏航電磁剎車工作不正常 等。又如，在對Jacobs系列風機控制電壓消失故障分析中，我們采用排除實驗法，將安全鏈當中有可能引起該故障的測量信號元件用信號繼電器和短接線進行 電路改造，最終將故障原因定位在過速壓力開關的整定上，將該故障的發生次數減少，提高了設備使用率，減少了閘墊的更換次數，降低了運行成本。

二．維護風力發電機是集電氣、機械、空氣動力學等各學科于一體的綜合產品，各部分緊密聯系，息息相關。風力機維護的好壞直接影響到發電量的多少和經濟效益 的高低；風力機本身性能的好壞，也要通過維護檢修來保持，維護工作及時有效可以發現故障隱患，減少故障的發生，提高風機效率。風機維護可分為定期檢修和日 常排故維護兩種方式。

1．風機的定期檢修維護定期的維護保養可以讓設備保持最佳期的狀態，并延長風機的使用壽命。定期檢修維護工作的主要內容有：風機聯接件之間的螺栓力矩檢查(包括電氣連接)，各傳動部件之間的潤滑和各項功能測試。風機在正常運行中時，各聯接部件的螺栓長期運行在各種振動的合力當中，極易使其松動，為了不使其 在松動后導致局部螺栓受力不

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均被剪切，我們必須定期對其進行螺栓力矩的檢查。在環境溫度低于-5℃時，應使其力矩下降到額定力矩的80進行緊固，并在溫度 高于-5℃后進行復查。我們一般對螺栓的緊固檢查都安排在無風或風小的夏季，以避開風機的高出力季節。風機的潤滑系統主要有稀油潤滑(或稱礦物油潤滑)和 干油潤滑(或稱潤滑脂潤滑)兩種方式。風機的齒輪箱和偏航減速齒輪箱采用的是稀油潤滑方式，其維護方法是補加和采樣化驗，若化驗結果表明該潤滑油已無法再 使用，則進行更換。干油潤滑部件有發電機軸承，偏航軸承，偏航齒等。這些部件由于運行溫度較高，極易變質，導致軸承磨損，定期維護時，必須每次都對其進行 補加。另外，發電機軸承的補加劑量一定要按要求數量加入，不可過多，防止太多后擠入電機繞組，使電機燒壞。定期維護的功能測試主要有過速測試，緊急停機測 試，液壓系統各元件定值測試，振動開關測試，扭纜開關測試。還可以對控制器的極限定值進行一些常規測試。定期維護除以上三大項以外，還要檢查液壓油位，各 傳感器有無損壞，傳感器的電源是否可靠工作，閘片及閘盤的磨損情況等方面。