论文题目：SL500机组690V回路简析 论文作者：----张 建--------------------- 指导导师：----孙 冬--------------------- 部 门：--- 金风慧能--------------------
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目录
引言 .................................................................................................................................................. 1 1. 华锐SL1500机组690V电气回路组成及原理 ........................................................................... 4 1.1电气回路组成............................................................................................................................. 4 1.2各部件简要分析 ......................................................................................................................... 4 1.2.1箱变系统 ................................................................................................................................. 4 1.2.2变频器系统 ............................................................................................................................. 4 1.2.3发电机 ..................................................................................................................................... 6 2.SL1500风机并网过程分析 ........................................................................................................... 8 2.1风机并网过程............................................................................................................................. 8 2.1.1启动—预充电.......................................................................................................................... 8 2.1.2网侧变频器启动...................................................................................................................... 9 2.1.3机侧变频器启动...................................................................................................................... 9 2.1.4发电机同步 ........................................................................................................................... 10 2.1.5并网 ....................................................................................................................................... 10 2.1.6低电压穿越 ........................................................................................................................... 11 3.SL1500风机日常维护注意事项 ................................................................................................. 12 3.1安全 .......................................................................................................................................... 12 3.2维护注意事项........................................................................................................................... 12 4.本文结论...................................................................................................................................... 13
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引言
摘要：华能辽宁阜北项目位于辽宁省阜新市阜蒙县福兴地镇，总装机容量为35万KW，由234台华锐SL1500/77机组构成。结合本人近两个月的风场实习工作，本文主要分析华锐SL1500/77机组690V回路（即主发电回路）电气组成器件构成及原理，并网过程分析，维修保养注意事项等内容。由于受本人知识结构及能力限制，本人仅为个人对机组系统的认识，难免会有纰漏之处，望各位领导及同仁批评指正。
关键词：华锐机组 690V主回路 变频器
发电机 系统分析 为人类奉献白云蓝天，给未来创造更多资源
1. 华锐SL1500机组690V电气回路组成及原理
1.1电气回路组成
华能辽宁阜北风电场690V回路电气配置为塔基箱变（690V/35KV），塔筒电缆（包括定子电缆，转子电缆，接地线），变频器（包括超导PM3000，大连国通，禾望等），双馈异步发电机（永济，天元，佳木斯等），并网系统等组成。其中发电机和变频器均采用水冷散热系统散热。
1.2各部件简要分析 1.2.1箱变系统
图1 箱式变压器
塔基箱式变压器的作用主要包括电压转换，能量传递，线路保护等。包括高压室，变压器室，低压室；高压室即电源侧，一般是35千伏进线，包括高压母排、断路器或者熔断器、电压互感器、避雷器等，变压室里都是变压器，是箱变的主要设备，低压室里面有低压母排、低压断路器、计量装置、避雷器等，从低压母排上引出线路（690V）通过塔筒电缆为风机运行提供电源。 1.2.2变频器系统
变频器系统分为机侧变频器和网侧变频器，主要作用为调节转速、机组并网控制、调节无功、滤波和过压保护。
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图2 机侧变频器和网侧变频器
①调节转速
风力发电的叶片及轮毂重达数吨或数十吨。操纵如此巨大的转动惯性体，并且响应速度要求能跟上风速变化是相当困难的。
目前为了调节转速一方面对桨叶角度进行变桨距控制，变桨距控制是一个比较慢的过程，它的动作时间以秒计算，对湍流度较大的工况，转速调节并不理想，如提高变桨响应速度，也可能引发机组的振动超限等问题。
另一方面根据公式：
p = n *ω， p：发电机功率 n：发电机转速 ω：发电机转矩
通过变频器控制发电机转子转矩来控制转速。变频器控制发电机转子电流频率的动作时间在毫秒级以下，可以保证发电机组在湍流度较大的工况下，使机组功率稳定输出，降低对电网冲击的不良影响。
②机组并网控制
风力发电机组并网条件：风机有功与电网频率、幅值、相位均相同，方可满足并网条件。在机组并网过程中首先启动直流预充电回路，如果直接吸合网侧接触器，较大的电势差会对机侧变频器造成较大的冲击，形成瞬间过电流。
当风机达到1200rpm时，网侧接触器吸合变频器开始给发电机转子提供励磁，同时变频器开始检测发电机与电网的电压、频率和相位是否相同，如果满足条件，变频器控制发电机定子接触器闭合，实现机组与电网的零冲击连接。
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③调节无功、滤波和过压保护
改变励磁电流的幅值和相位，可以改变发电机定子电动势和电网电压之间的相位角，从而实现无功功率的调节。
在机组超同步运行时，发电机转子发出的交流电有很大的谐波，发电机经过变频器的整流、滤波、逆变、再滤波，然后并入电网，能减小对电网的谐波干扰。
电网电压低电压穿越时，风力发电机组的各量都会产生较大的振荡并伴有尖峰出现。变频器中的Crowbar电路在电网电压跌落时可以增加转子回路的电阻，有效抑制定子电流的交流暂态分量，同时可以对直流母线电容器进行保护。 1.2.3发电机
发电机是把机械能转化为电能的设备，机组采用双馈异步发电机，基本原理为发电机定子绕组直接与电网相连，转子绕组从变频器IGBT获得励磁电流，在转子绕组上产生一个相对转子的励磁旋转磁场n1，其与转子转速n2相叠加，叠加后的旋转磁场转速与发电机同步转速ns保持一致，从而产生恒频恒压的电能。
f =
f :发电机电能频率 p：发电机极对数
双馈异步通常工作在亚同步、同步、超同步三种状态。 ①亚同步工作状态：
转子转速n2低于发电机同步转速ns，此时机侧变频器为三相绕组提供励磁电流，在转子绕组中产生一个与转子方向相同的励磁旋转磁场转速为n1，使得n1和n2叠加等同于发电机同步转速，此时发电机只有定子发出有功功率。
ns > n2 ns = n1+n2
②同步工作状态
转子转速n2与发电机同步转速ns一致，此时励磁旋转磁场转速n1为零，此时发电机只有定子发有功功率。
ns = n2 n1 = 0
③超同步工作状态
p(n1+ n2)
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转子转速n2高于同步转速ns，此时转子绕组产生一个转速为n1的与转子方向相反的旋转磁场，使得n2-n1恒等于发电机同步转速ns。该状态下不仅发电机定子发有功功率，发电机转子绕组也向电网通过变频器反馈功率，这也是双馈异步发电机名称的由来。
ns< n2 ns = n2- n1
综上所述：
①亚同步运行时，发电机有功功率等于机械功率减去滑差功率，同步运行时等于机械功率，超同步运行时等于机械功率加上滑差功率；
②一般双馈异步发电机的转差率为±30%，因此双馈异步发电机变频器的容量也为定子额定功率的30%。
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2.SL1500风机并网过程分析
风机通过690V主回路进行能量流动和转换，下图为风机能量流动单线图:
图3 主回路一次接线图
2.1风机并网过程 2.1.1启动—预充电
风机启动后，当达到预充电条件时，网侧接触器V308.2的P18-K2B端子发出230VAC给预充电接触器K340.2的线圈，预充电接触器吸合，电流经过预充电整流桥V314.2和预充电电阻R314.2和R314.2.1至变流器直流母排，使直流母排电压提高至950V，至此预充电工作完成。预充电的作用是防止滤波回路和网侧变频器因为过大的电势差导致受损。
图4 启动—预充电过程
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2.1.2网侧变频器启动
图5 网侧变频器启动
预充电工作完成后，由变频器V308.2的P18-K2A端子发出230VAC到K340.4线圈，网侧接触器K340.4吸合，同时预充电回路断开，母线电压升至1050V，网侧变频器提供系统所需的无功能量，包括变压器和高频滤波装置等所需的电能。与此同时也为定子接触器线圈A1提供230VAC电压，但定子接触系不吸合，等待机侧变频器V308.4的P17-K1A端子发出24VDC信号，当两个信号同时满足时定子接触器吸合。 2.1.3机侧变频器启动
图6 机侧变频器启动
网侧变频器电流值达到80A左右，机侧变频器达到20A左右，此时机侧变频器为发电
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机转子提供励磁电流，根据转速来不断调节机侧变频器的电压和频率以达到并网条件。 2.1.4发电机同步
图7 发电机同步
机侧变频器V308.4-P16时刻检测发电机转速，当发电机转速达到同步转速时，机侧变频器注入140A电流，发电机定子感应电压达到690VAC，发电机已发电，但不能并网，变频器时刻检测电网电压和定子电压参数并进行比较，调节机侧变频器电压参数，使发电机定子电压和电网电压相等，为并网做准备条件，此过程最多可持续1分钟左右。 2.1.5并网
图8 并网
当发电机定子电压频率、幅值、相位与电网一致或者在误差范围内时，机侧变频器
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V308.4的P17-K1A端子发出24VDC信号，此时并网条件满足，发电机实现零冲击并网。 2.1.6低电压穿越
低电压穿越（LVRT），指在风力发电机并网点电压跌落的时候，风机能够保持并网，甚至向电网提供一定的无功功率，支持电网恢复，直到电网恢复正常，从而“穿越”这个低电压时间(区域)。)。LVRT是对并网风机在电网出现电压跌落时仍保持并网的一种特定的运行功能要求。
对风电场的低电压穿越要求。
a) 风电场内的风电机组具有在并网点电压跌至20%额定电压时能够保证不脱网连续运行625ms的能力；
b) 风电场并网点电压在发生跌落后2s内能够恢复到额定电压的90%时，风电场内的风电机组能够保证不脱网连续运行。
双馈发电机定子绕组在电网电压骤降的工况下会产生较大的冲击电流，由于定、转子之间的电磁耦合关系，转子绕组感应出过电流和过电压，同时抬高直流母线电压，对机组设备造成损坏。针对这种工况，SL1500机组目前采用的解决方法为转子侧并联Crwobar保护电路的方式，当检测到变频器直流母线电压高于软件限值1175VDC或者硬件限值1200VDC时，Crowbar电路切入将转子绕组通过泄放电阻R312.3、R312.4和R312.5与地短路，释放过剩的能量保护机侧变频器和转子绕组，确保变频器在电网故障期间发送足够的无功支撑电网，以达到低电压穿越的目的。
目前许多厂家为了提高系统可靠性，使用了转子侧并联Crowbar电路，同时直流母线并联Chopper电路的方法以适应现场复杂的工况。
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3.SL1500风机日常维护注意事项
SL1500机组采用的水冷冷却方式，为了避免机组因过热造成器件或者电缆过快老化，日常维护中应注意一下事项： 3.1安全
①维护变频器时应将690V电源切断，同时操作前遵守先断电后验电的原则； ②正确使用劳保安全用品，穿戴经检测合格的绝缘手套和劳保鞋； ③工作中必须两人作业，做到一人作业，一人监督。 3.2维护注意事项
①水冷系统水压一定要充足，正常情况下水压一般为1.8—2.2bar之间，若水压低应及时补水；
②滤波回路器件全部安装在滤波板上，为了更好的散热，滤波电阻和滤波板之间要均匀涂抹导热硅胶；
③检查线路固定是否牢固，接线端子无松动，防止因松动造成的接触电阻增大，引起局部过热或者打火，造成设备损坏；
④及时更换老化和存在断裂的电缆。
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4.本文结论
本文简要介绍了SL500风机690V回路的重要组成部件，包括箱变系统、发电机系统、变频器系统等。重点介绍了变频器系统的工作原理、双馈异步发电机的基本原理以及三种工况状态，并对风电机组并网的过程进行了详细的描述。
690V回路为风电机组能量流动转换的主回路，其他控制系统作为辅助系统保证主回路能够精准和高效率的工作。
因个人能力及知识有限，文中不免存在疏漏，请各位领导及同仁批评指正。同时感谢导师和风场同事们的热情帮助。
参考资料：
《SL1500华锐风电机组接线图》 《SL500电控系统说明书》 《SL500操作手册》
《GB/T25388.1-2010 风力发电机组 双馈式变流器 第1部分：技术条件》 《GB/T23479.1-2009风力发电机组 双馈异步发电机第1部分：技术条件》 《风力发电机组的控制技术》
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