东汽MW弱风型风力发电机组FDCASM(修复的)

1、风力发电机组产品说明书 FD108C-000101ASM 目 录序号章-节名 称页数备注1前言121机组技术特点232机组技术参数342.1总体数据353机组结构和零部件说明563.1机组结构组成综述573.2风轮583.2.1设计特点693.2.2轮毂特点6103.2.3叶片特点6113.3传动系统7123.3.1结构描述7133.3.2传动系统特点7143.4机架和机舱罩8153.5偏航系统9163.5.1偏航系统结构描述9173.5.2偏航系统特点10183.6变桨系统11193.6.1变桨系统描述11203.6.2变桨系统特点12213.7塔架12223.8运行及安全系统13233.9

2、安全防护装置13244电气系统14254.1发电机变频器系统14264.2在低压条件下的技术数据16274.3变频器的技术数据16284.4发电机的技术数据17294.5雷电保护区域17304.5.1安全等级要求IEC 6102418314.5.2探测潜在的雷击点（滚球法）18324.5.3EMC导向的雷电保护区域概念18334.6接地系统22344.6.1基础和环形接地电极22354.6.2风力发电机组及中压变压器接地系统23364.6.3机舱内接地23374.6.4接地电阻要求23385控制系统23395.1主控系统24405.2安全链25415.3变桨控制25425.4转速传感器2543

3、5.5偏航计数传感器26445.6风速26455.7风向26465.8振动传感器26475.9温度传感器26485.10刹车磨损传感器27495.11紧急停机27505.12快速停机27515.13正常停机27526远程监控系统27536.1实时监视功能28546.2历史数据查询28556.3风机控制29566.4日志和快照记录29576.5分析统计报表29586.6第三方数据接口29596.7系统对时30606.8功率管理模块（可选）30616.9双机热备等故障保护功能（可选）30626.10特殊功能定制30637主控系统30647.1主控制系统组成31657.2使用环境31667.3主控制

4、系统的主要功能31677.4启动与停机控制32687.5并/脱网控制32697.6偏航和解缆控制32707.7变桨控制32717.8变频器控制33727.9中央监控通讯33737.10故障报警34747.11箱变信号监控34757.12低电压穿越34767.13接收网调指令34777.14其他34788状态监测系统(可选)35798.1振动传感器36808.2CMS数据采集站36818.3CMS现场服务器36风力发电机组产品说明书 FD108C-000101ASM前言东汽2MW弱风型风力发电机组是东方汽轮机有限公司自主研发，具有独立知识产权的新机型。该机型采用模块化设计，结构简单，易于维护，价

5、格低廉。该机型承袭了东汽现有机型的控制策略、电气系统、偏航系统、塔架、机架等成熟结构和技术，并采用了更大的风轮直径，产品经济适用，能满足风力资源欠丰富地区低风速风电场的开发需求。共36页 第37页风力发电机组产品说明书 FD108C-000101ASM1 机组技术特点2MW弱风型风力发电机组的主要技术特点如下：a) 2MW弱风型风力发电机组采用水平轴、三叶片、变桨距调节、主轴两点支撑结构、双馈异步发电机系统。b) 承袭了东汽现有机型的所有优点，并在此基础上进行优化设计，使机组性能有了进一步的提高。c) 采用电气驱动变桨结构，实现单叶片独立变桨。制动系统采用叶片顺桨实现空气制动，降低风轮转速，同

6、时配备转子制动器做辅助刹车，安全性高。d) 传动链采用两点支撑结构，齿轮箱与主机架之间采用性能优越的液压弹性支承连接，能有效降低传动链的各种冲击载荷，提高了系统的减震性能，延长齿轮箱的使用寿命。e) 变速恒频系统。欠功率状态下（风机低于额定风速运行状态）为转速控制，调整发电机转子转差率，使其尽量运行在最佳叶尖速比上，以输出最大功率；额定功率状态下（风机高于额定风速运行状态）为功率控制，通过叶片的变桨矩控制，实现功率的恒定输出。f) 塔底与机舱之间采用光纤通信，提高了可靠性，便于实现远程控制。电气系统分别由不同的电源供电，抗干扰能力强。g) 机舱采用了人性化的设计方案，工作空间较大，方便运行人员

7、检查维修，同时还设计了电动小吊车，方便工具及备件从地面和机舱的起吊。h) 变频器采用转子电路部分功率变频技术，采用六极带滑环的双馈异步发电机，性能好，成本低。i) 自动偏航系统能够根据风向标所提供的信号自动确定风机的方向。当风向发生变化时，控制系统可根据风向标信号，通过偏航驱动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，使机舱偏航旋转更加平稳。j) 发电机、变流器采用空冷技术，冷却效率高，体积小、重量轻，防护等级高。2 机组技术参数2.1 总体数据运行数据切入风速3 m/s 额定风速10 m/s 切出风速20m/s 等级类型IEC S系统寿命20 年 温度范围生存环境

8、温度-30+50 运行环境温度-20+40风轮叶片数量3风轮轴向水平轴与塔架位置关系上风向风轮直径107.708m扫风面积9136m² 轮毂高度84.865m转速范围6.7814.9rpm额定转速13.3rpm 转动方向 (顺风观察) 顺时针 功率控制方法变桨变速风轮轴倾角5°叶片长度52.5 m 锥角-3° 叶片材料玻璃钢（GRP）变桨系统原理电气驱动，单个叶片变桨距功率控制方式风轮转速控制和变桨控制最大变桨速度7 °/s叶片轴承类型外齿式的双排同径四点接触球轴承齿轮箱额定传动力矩1795kNm齿轮类型1级行星齿，2级平行齿轮传动比90.2额定功率25

9、00kW制动系统叶片制动叶片顺桨机械制动碟式刹车电气系统发电机类型双馈异步发电机额定功率2150kW额定电压3相690 VAC/50 Hz速度范围6121380rpm保护等级IP54变流器类型脉冲宽带调节IGBT变频器偏航系统驱动4套电动齿轮驱动 偏航角速度0.32°/s轴承外齿式单排四点接触球轴承驱动单元数目4套制动7套偏航刹车器控制系统类型嵌入式PLC信号传输光纤远程控制PC机-图形界面塔架顶部法兰外径3045mm底部法兰外径4300mm结构类型锥形整体钢筒结构塔架高度82.857m防护措施油漆保护机舱罩结构类型封闭式材料玻璃纤维轮毂轮毂类型刚性、铸造轮毂材料球墨铸铁 机架主机架

10、类型焊接结构主机架材料结构钢重量叶片（每只，包含叶片连接螺栓）11.5t轮毂全封闭系统（不包括叶片和叶片连接螺栓）23.5t风轮58t机舱84t塔筒(不含基础环)176t3 机组结构和零部件说明本节将介绍风力发电机组的各个零部件及各个功能模块，详细介绍各个部件的技术特点。3.1 机组结构组成综述 2MW弱风型风力发电机组主要部件包括：叶片、轮毂、变桨系统、传动系统（主轴、主轴轴承及轴承座、齿轮箱、转子制动器、联轴器）、发电机、控制系统、偏航系统、机架、塔架、测风系统等。具体如下图1所示：联轴器连接叶片轮毂传动系统转子制动器发电机偏航系统连接塔架齿轮箱控制柜变桨系统图1 2MW弱风型风力发电机组

11、机舱内部结构图-3.2 风轮风轮用于将空气的动能转化为风轮转动的机械能。2MW弱风型风力发电机组的风轮直径为107.708米，重量约58吨，主要由叶片、导流罩、轮毂、变桨驱动装置、变桨控制系统、变桨润滑系统等部件组成。2MW弱风型风力发电机组采用三叶片，上风向的布置形式；采用电气变桨装置，每一只叶片配有一个独立的变桨轴承，变桨轴承连接叶片和铸铁结构的轮毂。叶片桨距角可根据风速和功率输出情况自动调节。风机维护时，风轮可通过锁紧销进行锁定。整个风轮通过高强度螺栓与主轴连接，主轴通过轴承座固定在机架上。3.2.1 设计特点a) 机组功率调节采用变桨距控制。在额定功率点后，风机输出功率保持恒定，同时变

12、桨距控制在风机运行过程中能有效降低机组所受载荷。b) 变桨范围从0°到92°。变桨速度在0.1°/s7°/s内，根据不同的工况，可自动控制变桨速度，顺桨速度可达7º/ s。风轮转速在6.7814.9rpm的范围内进行变速运行。c) 采用带有外齿圈的变桨轴承，有效地减小了轮毂的外形尺寸及重量，使结构更加紧凑。3.2.2 轮毂特点轮毂采用球墨铸铁铸造而成，经过严格的磁粉探伤和超声波探伤，具备完整的涂覆层。整个轮毂受力部分全部采用高强度的紧固件连接，可有效保证轮毂在极端恶劣工况下的安全性。轮毂内有充足的空间，可方便地进行检修维护工作。3.2.3 叶片

13、特点叶片的外形采用了最新的空气动力学翼型优化成果，并且按高精度的要求制造，实现最大风能的捕获。三叶片通过变桨轴承采用高强度螺栓连接在轮毂法兰上。叶片有如下特点：a) 叶片的材料为玻璃纤维增强环氧树脂复合材料，该材质的特点是密度小、强度高。密度为1.62.0g/cm3，比铝轻，强度比高级合金钢高。具有良好的耐腐蚀性，在酸、碱、有机溶剂及海水等介质中性能稳定；具有良好的电绝缘性；不受电磁作用的影响，不反射无线电波；具有保温、隔热、隔声、减振等特点。叶片的工作温度范围宽。叶片外表面采用工业级聚氨酯涂层。b) 叶片根部联接螺栓等金属结构，全部采用了有效的涂覆层。每一个叶片与轮毂之间的接口尺寸完全一样，

14、可确保叶片相互替换而不会影响风轮的运行。叶片还配备有防雨罩，可防止雨水进入轮毂。靠近叶尖处设有配重室，以保证整个风轮的质量平衡。c) 叶尖和叶中均装有雷电接闪器，在叶根法兰位置设置了雷电记录装置，可以自动记载叶片的最大雷击电流。3.3 传动系统3.3.1 结构描述传动系统实现将风轮捕获的能量传递给发电机。主要部件如下图2所示包括：主轴、齿轮箱、转子制动器、联轴器、发电机等。转子制动器轴承座主轴齿轮箱联轴器发电机图2 2MW弱风型风力发电机组传动系统3.3.2 传动系统特点a) 传动系统采用两点支撑结构，安装于机架上，两个主轴轴承均为双列调心滚子轴承，其中靠近风轮侧的轴承为浮动轴承，靠近齿轮箱侧

15、的轴承为固定轴承。两点支撑结构能很好地平衡系统的振动冲击，改善齿轮箱受载情况，保证结构的稳定性。b) 两个主轴轴承分别通过两个独立轴承座支撑。靠近风轮侧的主轴轴承座体内有一套风轮锁紧装置，机组在进行调试、维护、检修时，可通过该锁紧装置把整个传动系统固定锁死，工作人员可以安全地在机舱和轮毂内工作。轴承座采用球墨铸铁材料，具有良好的抗震性。轴承座通过迷宫式油封和“V”型圈对轴承的润滑油脂进行双重密封，有效地阻止了油脂的泄露，使机舱保持清洁而又不受污染。c) 风机主轴采用锻件。主轴的前端带有法兰，与轮毂相连。主轴的后端直接插入齿轮箱的行星齿轮架，并通过胀紧套安全可靠地与齿轮箱连接在一起。d) 齿轮箱

16、的结构形式为一级行星齿轮和两级平行轴齿轮传动。齿轮箱中齿的啮合具有高效率和低噪音的特点。液力弹性支撑与齿轮箱悬置设备中的扭矩支承元件整合在一起，直接与机架连接。齿轮箱上的液力弹性支撑装置不仅运用了弹性支承，同时也非常有效地隔离了声音和振动从齿轮箱到机架的传递。e)齿轮箱与发电机之间采用柔性联轴器进行连接。该联轴器能够补偿齿轮箱输出轴与发电机输入轴末端之间的轴向、径向及角度偏移。此外，在联轴器上集成有一个力矩限制器，在可能发生的发电机突然短路情况下，能有效阻止产生的瞬时力矩转移到齿轮箱，以保护齿轮箱不受损坏。f) 在齿轮箱高速轴端安装了一个转子制动器，该制动器在风机维护时手动操作，辅助锁紧风轮。

17、g) 所有的传动系统零部件都是来自国内外知名的、长期从事该行业的供应商，他们的产品以高质量和高可靠性著称。正如对于其他设备零部件同样适用一样，它们具备完全符合图纸设计要求的腐蚀保护。所有主要零部件在发货前都要在厂内经过全面的性能测试。3.4 机架和机舱罩叶轮和发电机的静态及动态载荷通过机架传递到塔架。另外，机舱罩内有传动系统、控制柜、偏航系统、发电机、主控柜等，外部还有测风系统。根据性质不同，机舱可分为三个部分：1）传递载荷的主机架部分；2）供维护人员使用的工作平台；3）由玻璃纤维原料制造的机舱罩。机架结构特点如图3所示，机舱罩壳外形特点如图4所示。图3 2MW弱风型风力发电机组机架传动系统两

18、点支撑轴承结构（两个主轴轴承）使机舱底架具有十分紧凑和轻巧的结构。机架采用钢制的焊接组装件，具有极高的刚度且具有很高的阻尼。图4 2MW弱风型风力发电机组机舱外形图机舱罩具有紧凑的外部尺寸，精巧的流线型外观设计。尽管机舱的冷却和通风设备尺寸较大，它们都隐蔽的整合在机舱内。设计时在机舱内考虑了足够大的活动空间，轮毂中的变桨距装置能直接从机舱进入以方便维修。整个机舱罩采用隔音设计以达到吸声的目的。3.5 偏航系统3.5.1 偏航系统结构描述2MW弱风型风力发电机组偏航系统为主动式偏航系统，能自动对风，使风轮的扫风面与风向垂直，以最大限度的捕获风能。偏航系统由偏航轴承、偏航刹车器、偏航电机和偏航齿轮

19、箱等部件组成。具体结构如图5所示。图5 2MW弱风型风力发电机组偏航系统在机舱后部有3个互相独立的传感器1个风向传感器(即风向标)及2个风杯式风速传感器(即风速仪 )。风向传感器的信号反映出风机与主风向之间有偏离，当风向持续发生变化时，控制器根据风向传感器传递的信号控制4个偏航驱动装置转动机舱对准主风向，偏离主风向的误差在±4度内。偏航过程如下：a) 平均风速小于6m/s时，且偏航角大于等于16°时，等待120s，开始偏航。b) 平均风速大于7m/s时，且偏航角大于等于10°时，等待60s，开始偏航。c) 正常运行时，平均风速由小于6m/s增加到小于等于

20、7m/s时，且偏航角度大于等于16°时，等待120s，开始偏航。d) 正常运行时，平均风速由大于7m/s降低到大于等于6m/s时，且偏航角度大于等于10°时，等待60s，开始偏航。e) 正常启机时，平均风速大于等于6m/s小于等于7m/s时，且偏航角度大于等于10°时，等待60s，开始偏航。f) 当偏航角度在25°以上时，立即偏航。3.5.2 偏航系统特点2MW弱风型风力发电机组采用主动偏航对风形式。该系统具有以下特点：a) 2MW弱风型风力发电机组配有一个风向标，能非常准确地判定瞬时风向。风轮对风的方向校准非常重要，因为它能保证最大的能量产出并同时避免

21、由于斜向入流引起的附加负载。b) 机舱底架通过带有外齿轮的四点接触轴承连接到塔架上。机舱的偏航系统通过四个电动机带动减速齿轮完成,制动装置采用七个偏航制动器。c) 偏航制动装置通过液压装置（也作为传动系统安全刹车的动力源）提供必要的制动力。为了在各种情况下保证机组的安全运行，液压系统配有蓄能器，这些蓄能器能保证在万一出现电力供应故障的情况下仍具有必要的制动力。d) 偏航轴承采用“负游隙”设计的四点接触球轴承，以增加整机的运转平稳性，增强抗冲击载荷能力。e)偏航制动器为液压驱动刹车，静止时，偏航制动器的刹车闸将机舱牢固锁定；偏航时，偏航制动器仍然保持一定的余压，使得整个偏航过程中始终有阻尼存在，

22、以保证偏航运动更加平稳，避免可能发生的振动现象。f) 位于偏航电机驱动轴上的电磁刹车具有失效保护功能，在出现外部故障（如断电）时，电磁制动系统仍能使机组的偏航系统处于可靠的锁定状态。g) 偏航齿采用硬齿面技术，其中外齿圈齿面采用了特殊工艺，以提高齿面硬度值，避免了长期运行产生磨损。h) 2MW弱风型风力发电机组偏航系统设计有手动和自动两种操作模式。在偏航过程中，风机还设置有自动解缆程序，从而保证电缆不会因为过多的缠绕而被破坏。具体解缆设置为：1）风速小于启动风速时，扭缆角度大于430°，自动解缆。2）扭缆角度大于760°，自动解缆。3）当扭缆角度大于800°（可自

23、定）触发安全链停机。i) 优化设计偏航控制系统，对偏航的路径选择进行智能判断，机组在风速较小的状态下，自行解缆，避免了高风速段偏航解缆造成的发电量损失。3.6 变桨系统3.6.1 变桨系统描述变桨系统是2MW弱风型风力发电机组实现恒频的执行机构。通过对叶片桨距角的调节，实现功率和转速的恒定。变桨系统由轴控柜、超级电容柜、变桨电机、变桨齿轮箱和变桨轴承等组成。如图6所示。图6 2MW弱风型风力发电机组变桨系统3.6.2 变桨系统特点2MW弱风型风力发电机组采用电气驱动单叶片独立变桨形式。该系统具有以下特点：a) 叶片通过螺栓连接到变桨轴承外圈上，变桨轴承为双列、四点接触球轴承，其内圈连接到风轮轮

24、毂上，外圈与叶片相连。每只叶片都配有独立的变桨装置，变桨装置由变桨电机、变桨齿轮箱、轴控柜、超级电容柜、变桨轴承等组成，能够进行独立调节。b) 在风速低于额定风速时，风轮在恒定的叶片桨距角和变转速下运行，使其在最佳的空气动力学范围内连续工作并达到最大的风机效率。c) 在风速高于额定风速时，变桨距控制系统工作以保持风轮在恒定的功率输出下工作。这种先进的控制理念使得风机上的载荷大大降低。 d) 为了保证整个风机的安全性，在电网出现故障时，变桨装置以超级电容作为后备电源为变桨系统供电，完成紧急顺桨。e) 除了控制功率输出以外，变桨装置也是机组安全系统最主要的执行机构。在风机出现故障并触发快速停机程序

25、时，变桨系统控制叶片以7°/s的速度顺桨到90°位置，保证机组安全停机。3.7 塔架塔架采用锥形圆筒钢结构形式。塔架与基础、塔架的段与段之间以及塔架与机舱的连接均采用高强度螺栓连接。塔架的底部配有一扇门，能使外部空气进入塔架内，同时具有防沙、防雨、防蚊虫、防盗等功能。每段塔架内部均设有平台，各平台均有照明装置和应急照明装置。控制系统的终端和变频器安装在塔架底部的独立平台上，安装在门的入口位置。这样可以在不需要任何攀爬的情况下就能对重要的设备功能进行控制。发电机的电能通过最佳屏蔽的导电轨传送到塔架底部。塔架内装有光纤以便所有控制信号能从主控计算机传送到塔架顶部。塔架通过多层喷

26、涂来达到最佳的防腐蚀效果。所有金属板和焊缝都采用超声波或X射线进行探伤检验。3.8 运行及安全系统2MW弱风型风力发电机组是是全天候自动运行的设备，整个运行过程都处于严密控制之中。其安全保护系统分三层结构：主控系统，独立于主控的安全链，器件本身的保护措施。在机组发生超常振动、过速、电网异常、出现极限风速等故障时保护机组。对于电流、功率保护，采用两套相互独立的保护机构，诸如电网电压过高，风速过大等不正常状态出现后，控制系统会在系统恢复正常后自动复位，机组重新启动。具体运行过程为：a) 当10min平均风速超过3m/s（可设置），风机将自动启动。当高速轴转速接近并网转速（750rpm）时，并入电网

27、。b) 随着风速的增加，发电机的出力随之增加，当风速达到10m/s时，达到额定出力，若超出额定风速机组将进行恒功率控制。c) 当10min平均风速超过20m/s（可设置），将实现正常停机（变桨系统控制叶片进行顺桨，高速轴转速低于脱网转速612rpm时，风机脱网）。d) 当30s平均风速超过24m/s（可设置），实现正常停机；当1s平均风速超过28m/s（可设置）时，实现正常停机。e) 当遇到一般故障时，实现正常停机。f) 当遇到特定故障时，实现紧急停机（变流器脱网，叶片以7°/s的速度顺桨）。3.9 安全防护装置2MW弱风型风力发电机组配置了安全防护装置，它包括灭火器、急救包及逃生装

28、置，旨在服务工作人员在遇到突发事件时应急所用，确保工作人员及机组的安全。灭火器：如果发生火灾，立即从危险区域疏散，同时断开火灾现场电源。要使用适当的灭火器灭火，一旦火灾不能扑灭/控制，要通知消防部门帮助。灭火器应定时检查，若发现位置挪动、压力不足、已经喷射使用过、零部件缺失或损坏等情况时，应立即更换或采取措施并做好检查记录。灭火器的维修、再充装应由已取得维修许可证的专业单位承担。灭火器不论已经使用过还是未经使用，已达到使用期限的，必须更换。急救包：应用于紧急情况下的救护工作，在日常情况下，请不要随意拿走急救包中的药品，紧急时刻取用后应及时归还。急救包中的药品请按有效期及使用情况及时更换和补充。

29、逃生装置：应用于紧急情况下人员的逃生，逃生装置的质保期为6年，到期后应请相关有资质的单位进行检查是否可继续使用并确定下一次的检查日期；若不能使用，应及时更换。风机在获准投入运行之前，确保所有的安全设备存在且处于良好工作状态，而且，风机相关工作要用到的所有安全设备也要工作状况良好，这是非常重要的要求。4电气系统电气系统是用于获得最佳能量产出和一流电能质量的关键结构。双馈绕线式异步发电机使得风机能在变化的转速下工作，而不需要通过大功率变频器将全部功率转送出来。双馈异步发电机变频器系统是目前世界上MW级风机使用最多的模式。其主要的特点为：双馈异步发电机可靠性高，结构紧凑，体积小，重量轻（较永磁式同步

30、发电机），变频器功率小，只需要风机功率的1/5左右。风机具有低的风力特性（低起动风速、高效率），低噪音传播，特别是在低风速时，向电网供电的特性都有明显改善。变速发电机在部分功率条件下提供了相当平滑的电能，在额定功率条件下提供了几乎完全平滑的电能。这使得风机运转时的噪音明显减小，并大大降低了该结构上的动力载荷。阵风通过风轮的加速得到缓冲，因此风机能够向电网输出平滑的电能。输入电网的电压和频率保持绝对的恒定。此外，变频器控制系统适用于所有的电网条件，甚至能够支持较弱的电网。如果接入电网的选择受限，那么在业主选择风机系统时，这将具有优势。并且在取得一个更好的电网连接成本方面，本系统具有显著优点。4.

31、1 发电机变频器系统2MW弱风型风力发电机组使用变速发电机变频器系统。在变桨系统的共同作用下，通过变速运行能够保证在电能产出、效率、机械力和电能质量等方面达到最佳允许值。系统最大程度地避免了出现浪涌和峰值负荷。为发电机提供的运行控制装置允许在偏载时有平滑的能量输出，而功率波动最小。在额定负载范围内，风机能够在几乎恒定的功率下运行。风机产生无功功率的多少也允许按照用户和电网运营商的要求在风机无功功率能力范围内进行管理。双馈风机变速恒频的功能是基于双馈绕线式异步发电机带使用脉宽调制IGBT技术的变频器实现的。无论风轮转速如何，系统保证按照与电网匹配的电压和频率持续发电。根据风速大小，风轮转速和功率

32、能够自动进行调节。在低于同步转速时，发电机定子向电网输送100的电能。此外，变频器通过发电机的滑环向转子提供转差功率。在高于同步转速时，发电机定子和转子同时向电网输送电能。当发电机转速位于额定转速时，发电机通过定子将大约83的功率输送给电网，剩余的功率（大约17）由发电机转子通过变频器输送到电网。与其他系统相比，该系统具备低损耗的优点，因而能保证较高的总效率。此外，由于使用的零件数少，设计紧凑，该系统还具有非常出色的可利用率。该发电机采用完全封闭式包装，保护等级为 IP 54，冷却方式为空气冷却IC616/IC666。发电机产生的热量通过消声通道经空-空热交换器传到外界环境中。变频器通过内含先

33、进算法的微处理器控制电力电子器件，并采用最新的IGBT脉宽调制技术。由此获得接近无闪变的电能，可调节的无功功率管理，低失真和最低谐波含量，提供一个新的高质量“风电”定义。较低的短路容量使可用的电网容量得到更好的利用，能够避免在某些情况下的昂贵电网容量放大措施。发电机变频器系统如图7所示：图7 双馈绕线式风力发电机组 控制系统先进 风能利用率高 整机价格比直驱式发电机便宜30% MW级机型，目前世界最流行的机型 发电机的定子直接与电网连接，转子经过变频器与电网连接 发电机为双馈异步发电机，转速范围大，可在同步转速的±30%内运行 变频器的功率为总功率的2030%，变频器的功率损耗小，价

34、格便宜 该类机型已被Repower、Dewind、GE、Nodex、Vestas等公司广泛采用4.2 在低压条件下的技术数据额定功率： P = 2000kW额定转速： n = 1200 RPM (发电机转速)额定视在功率： S = 2105kVA 功率因数： 0.95电感（欠激励）到0.95电容（过激励） 默认情况下功率因数为1(cos=1)额定频率： 50 Hz±1%额定电压： 690 V±10% 在中压系统中的变压器必须保证线电压不会降到永久低于额定电压。额定电流： I = 1673A (功率因数为1时)4.3 变频器的技术数据理念： 用于双馈异步发电机的变频器带有直流

35、环节功能： 通过机侧和网侧模块传输转子功率，控制/调节有功功率和无功功率功率半导体器件： IGBT保护： IP 54，电感区域：IP 21冷却： 强制风冷4.4 发电机的技术数据理念： 异步、双馈发电机，通过变频器将转子功率传输到电网当中。定子绕组与电网同步，这样可以直接进行软并网。额定功率/速度： Pel =2150kW 在 n = 1200 RPM 时速度范围： n = 612 到1380 RPM 存在一个与各转速相关的特殊情况下的最大功率值，通常因为设计原因不能超过此功率值。类型： 六极、三相、异步、双馈发电机中心高： 630mm保护： IP 54冷却： IC616/IC666，空空冷却

36、传感器： 用于监控轴承的温度PT 100 用于监控线圈的温度PT 100 电刷磨损警告以上参数可以用于海拔2000米以下、室外温度小于50以下。如果环境有差异，必要时应当降容运行以保护电气系统。4.5 雷电保护区域2MW弱风型风力发电机组雷电保护系统采用接闪器方式吸引雷电，通过避雷器和接地系统释放到大地。除此之外，电容、电感、电气或辐射性的干扰被减少到安全水平。针对雷电不同的危害程度，雷电保护概念把风力发电机组划分成各种保护区域，危害程度越小，保护区域的数字代号越大。选择区域的准则是要使雷电危害程度不能超过使用设备的额定抗干扰度。4.5.1 安全等级要求IEC 610242MW弱风型风力发电机

37、组采用级安全等级。以下为典型的级安全雷电电流值，符合IEC 61024-1“设备雷电保护”标准：表1 级安全雷电流参数典型值符号测量单位值峰值IkA200总负载QtotalC300脉冲负荷QpulseC100特征能量SEKJ/10000平均上升率di/dtkA/s2004.5.2 探测潜在的雷击点（滚球法）采用雷电球方式可以探测哪些地方的建筑物或设备可能遭到雷击。根据相应的安全等级，制定与保护建筑物或需要保护的设备的雷电等级相符的球，雷电球的范围要与雷电击穿半径相符，所有的能接触到的点都是潜在的雷击点。表2 雷电球半径要求等级雷击半径雷击相关的电流非常严格的要求20m3.7kA严格要求30m6

38、.1kA标准要求45m10.6kA2MW弱风力发电机组采用半径为20m的雷电球。4.5.3 EMC导向的雷电保护区域概念风电机组所实施的雷电保护方法是基于面向雷电保护区域的EMC原理。它意味着整个系统在安全分类确定后，必须再分成各种雷电保护区域，雷电保护区域的定义取决于是否有可能被雷电直接击中、雷电流的强度和由此带来的在这个区域的电磁场；雷电保护区的任务是要把传导干扰和磁场干扰降低到规定限值内。各个防雷区交界处应用较严格的保护区。下列为雷电保护区域的应用：LPZ0A这个区域的元件必须能够承受直击雷击中，其雷击电流与选择的雷电保护等级相一致，承受无衰减的雷电电流电磁场，承受全部或部分雷电流。LP

39、Z0B这个区域的元件不需要承受直击雷击中，其雷击电流与选择的雷电保护等级相一致，承受无衰减的雷电电流电磁场，承受全部或部分雷电流。LPZ 1区域内物体不会直接遭受雷击，流经各导体的电流比LPZ 0B和LPZ 0A区小；本区内的电磁场作用力可能衰减（取决于所提供的屏蔽措施）。区域内的冲击电流由分流和浪涌保护器来限制。LPZ 2电磁场由附加的屏蔽措施（如金属柜体）进一步衰减，导体上的冲击电流通过分流和附加的浪涌保护器来进一步限制。4.5.3.1 主要设备的雷电保护区域分配列表设备雷电保护区域双馈异步电机LPZ 0B雷电电流通过带碳刷的放电间隙来释放LPZ 0B塔内的电缆/导电轨LPZ 1齿轮箱LP

40、Z 0B 液压系统LPZ 0B主轴内的电缆LPZ 1机舱LPZ 0B主机架LPZ 0B轮毂LPZ 0B轮毂控制柜及电源柜LPZ 1接闪器LPZ 0 A 叶片LPZ 0 A主轴LPZ 0B 传感器电缆（带屏蔽）LPZ 1顶箱（主控系统）LPZ 1塔筒外部LPZ 0 A塔筒内部LPZ 1变频器LPZ 2气象架LPZ 0 A4.5.3.2 风机中雷电保护区域总图图8 雷电保护区域总图4.5.3.3 机舱内电缆笼基于法拉第笼原理，在机舱内增加电缆笼，其主要功能是，在防雷保护分区（LPZ）内，减小雷电磁场。整个电缆笼用70mm2的铜线进行相互连接，然后用95mm2的铜线连接至主机架上，最后沿防雷路径引入

41、大地。电缆放置在机舱罩壳内的电缆沟里。网格的尺寸不应大于5m×5m。只有电缆连接点和交叉点用螺栓连接在表面，如图9 等电位连接网示意图所示。这里也使用了并联通路的概念。图9 等电位连接网图示4.6 接地系统接地系统的作用是将雷电电流安全地引入地下，并提供等电位连接。接地系统应该在建造地基时进行安装。接地体能够保证整个接地系统可靠，低电阻。在依照系统接地要求安装接地系统时，必须考虑当地的土壤状况和电阻率。接地网必须用闭环导体制成。如果整个接地系统的接地电阻超过要求，则还应该通过额外的接地棒扩大接地系统范围，这些接地棒连接到环状接地电极的终端连接片上。通过环状接地电极可以大大降低跨步电压

42、和接触电压。当发生雷电侵袭时，有人接近塔架基座，可以避免触电的危险。4.6.1 基础和环形接地电极图10 塔基接地示意图4.6.2 风力发电机组及中压变压器接地系统中压变压器（箱变）联结组别为Dyn5或Dyn11，在二次侧接地。风机电网的连接方式设计为TN-C，并给变频器供电。变频器把PEN线分成PE和N。在此情况下，N不再用于下一级输出回路。根据这种划分，电路到定子时就变成一个TN-S电路，不包括N线。结果，电路接线方式共同组成了TN-C-S电路，其特点是偶然的故障接地就转化成了短路故障。结果此故障将使短路保护动作。因此，在这种情况下，无需附设接地监控。风机的接地系统必须和中压变压器的接地系

43、统连接。中压变压器至塔筒内等电位连接导体的接地线电缆型号：2×240mm2、600/1000VAC，共2根，（具体根据箱变与塔筒间距离而定）。必须按规定接线，否则会影响风机长期稳定运行。连接接地线前必须对等电位连接导体表面进行除锈、打磨光滑处理，确保接线接触良好。4.6.3 机舱内接地在机舱内各柜体就地接地，通过螺栓连接到机架上，连接处的漆膜必须打磨干净。4.6.4 接地电阻要求共同接地电阻的测量是在风机基建完成后，在适当的计算方法和接地系统建设情况下，风机防雷接地电阻测量值必须低于10；不考虑室外跨步电压，风机强电（发电机定、转子接地）、弱电（控制接地）、防雷接地（环形接地+基础接

44、地）三电共地接地电阻应不大于4；考虑室外跨步电压对人身安全的影响，接地电阻应不大于2。如果整个接地系统的接地电阻超过要求，则还应该通过额外的接地棒扩大接地系统范围，这些接地棒连接到环状接地电极的终端连接片上。根据当地电力部门的规定，接地电阻值的大小有必要更低。5控制系统2MW弱风型风力发电机组所有的监视和控制功能都能通过控制系统来实现，它们通过各种连接到控制模块的传感器来监视、控制和保护。控制系统给出叶片变桨角和发电机系统转矩值，因而作用给电气系统的分散控制单元的上位机和旋转轮毂的叶片变桨调节系统。采用最优化的能量场算法，使风机不遭受没必要的动态压力。它包括电网电压、频率、相位、转轴转速、齿轮

45、箱、发电机、现场的各种温度、振动、油压、刹车衬套的磨损、电缆的扭转和气象数据的监视。严重故障的冗余检查，以及在紧急情况下，甚至在控制系统不运行情况下，为确保最大的安全，还能有应急照明。运行数据可以通过链接到远程通讯模块或因特网的PC机进行历史数据的调用，也就是说，风机的完整的状况信息可以被熟悉的操作人员和维护人员获知使用。但是要提供安全密码等级，正确的安全密码才允许远程控制。控制系统的基本功能并网运行的2MW弱风型风力发电机组发电机组的控制系统具备以下功能：1. 根据风速信号自动进入启动状态或从电网切出。2. 根据功率及风速大小自动进行转速和功率控制。3. 根据风向信号激动偏航对风。4. 发电

46、机超速或转轴超速，能紧急停机。5. 当电网故障，发电机脱网时，能确保机组安全停机。6. 电缆扭曲到一定值后，能自动解缆。7. 当机组运行过程中，能对电网、风况和机组的运行状况进行检测和记录，对出现的异常情况能够自行判断并采取相应的保护措施，并能够根据记录的数据，生成各种图表，以反映风机的各项性能。8. 对在风电场中运行的风力发电机组还应具备远程通讯的功能。5.1 主控系统主控系统位于塔顶的机舱主控柜内，控制模块通过光纤数据传输电缆和Canopen通讯的方式分别与塔基变频器柜上的显示操作屏和变桨控制系统相连。主控柜中包含有高度集成的控制模块、超速模块、转速模块、各种空气开关、电机启动保护开关、继

47、电器、接触器等。主控系统连续不断的发出转矩给定值到变频器控制系统，发出叶片角度给定值到变桨控制系统，变桨控系统的同步控制器驱动轮毂中的变桨控制电机来进行各种调剂和控制。每个系统都带有自己的监视功能，变频器能独立工作且能自行停止，它能给定模拟信号到主控系统，主控系统在给定相应的信号到变桨系统，然后驱动叶片变化角度。5.2 安全链安全链是一个独立硬回路，由所有能够触发紧急停机的触电串联而成，任何一个触发都会导致紧急停机。以下是构成紧急停机的信号点：1. 位于机舱控制柜上的紧急停机按钮，机舱内便携式控制盒停机按钮，变频器控制柜上的紧急停机按钮；2. 叶片维护开关；3. 低速轴超速信号，齿轮箱转速超速

48、信号；4. 振动超限；5. 主控系统触发的内部安全链；6. 电缆缠绕，顺时针、逆时针极限。5.3 变桨控制变桨控制系统采用桨距角闭环调节完成对每个桨叶的桨距角控制，桨距角的变化速度不超过7°/s，桨距角控制范围0°90°。交流伺服驱动系统驱动一个带转角度反馈的伺服电机，伺服电机连接减速箱，通过主动齿轮与轮毂外齿圈相连，带动桨叶进行转动，实现对每个桨叶节距角的直接控制。轮毂外齿圈内安装有第二个转角传感器，直接检测外齿圈转动的角度，即桨距角的实际值，该传感器作为冗余控制的参考值，当电机输出轴、联轴器或转角传感器出现故障时，会出现两个转角传感器所测数据不一致的情况，主控

49、制器即可据此判断此类故障。在轮毂内法兰边上装有两个限位开关，起92°和95°的限位作用。智能充电器将通过滑环过来的交流电源整流成直流电源给超级电容充电。正常情况下从滑环过来的交流电源向伺服驱动器回路供电，如果电网供电系统出现故障，超级电容向伺服驱动器供电，在一段设定的时间内将以最大的收桨速度调节叶片到顺桨位置。5.4转速传感器风力发电机组传动链上转速测量点有：发电机输入端转速、齿轮箱输出端转速、风轮转速和通讯滑环处。发电机输入端转速传感器一个，齿轮箱输出端转速传感器一个，风轮转速传感器两个，通讯滑环转速传感器一个。偏航系统有两个转速传感器安装在机舱与塔筒连接的齿轮上，用来识

50、别偏航旋转方向。5.5偏航计数传感器从机舱到塔筒间布置的柔性电缆由于偏航控制会变得扭曲。偏航计数器传感器作为电缆扭曲的硬件保护器件，当电缆的扭曲到达限定位置会触发风机安全链进行保护。5.6 风速风力发电机组配有两个装在相配支架上的风速计，一个加热，一个不加热，支架有一个接地环对风速计提供避雷功能。电缆铺设在穿线管中。5.7 风向风向计也安装在同一个支架上，能360°范围测量，为了防止结冰，风向计能根据环境温度采取适度的自动加热。5.8 振动传感器安装在主机架下部，为重力型加速度传感器，它直接链接到紧急停机回路上。此外，有振动传感器监视塔基和驱动链，如果测量值超限，立刻正常停机。5.9

51、 温度传感器温度PT100 A轴承 B轴承 定子线圈 油箱 高速轴 1# 高速轴 2# 齿轮箱进口油 主轴轴承箱（主轴轴承温度） 机舱下面（外部温度） 机舱控制柜附近（机舱内部）温度 PTC 定子线圈5.10 刹车磨损传感器刹车磨损传感器安装在齿轮箱刹车器上，只有刹车被完全释放后，开关才能动作，微动开关指示刹车衬套的磨损。当刹车片磨损到一定值后，传感器给出一个信号，要求风机正常停机，如果再次运行则要求手动复位下，在这信号后还可以进行3次启动或3天运行。然后必须要求更换新的刹车衬套，更换后，并要求能被主控制系统识别检测到。5.11 紧急停机紧急停机安全链打开，将触发最高级别刹车程序，风轮叶片以7

52、°/秒的速度收桨，变桨控制驱动器由从滑环处过来的交流电源提供，当电网电压出现异常跌落时，则变桨控制驱动器由超级电容提供，直到叶片到92°位置，限位开关动作。如果超过92°没有触发将发出故障信号，叶片还继续偏转到95°，限位开关动作。5.12 快速停机风轮叶片以每秒7°的速度旋转到92°的位置。变桨控制驱动装置由从滑环处过来的交流电源提供，当电网电压出现异常跌落时，则变桨控制驱动器由超级电容提供。5.13 正常停机在对设备没有安全影响，又不需要立即执行的非主要故障，执行正常停机。风轮叶片以3.5°/s的速度旋转到90°的位置。6 远程监控系统2MW弱风型风力发电机组远程监控系统具有对风电场内的风机进行实时监测和控制，以保证风机运行在安全状态的