大型山地雙饋風(fēng)力發(fā)電機(jī)組發(fā)電典型應(yīng)用

高日軍

（山西省工業(yè)設(shè)備安裝集團(tuán)有限公司，山西太原 030032）

1 工程概況

和順20 萬kW 風(fēng)電項(xiàng)目，和順陽光電場規(guī)劃裝機(jī)總?cè)轂?00MW，本期建設(shè) 2×100MW 兩臺主變，變電站：220kV，調(diào)壓變壓器：三相雙繞組有載，電壓級別220/35kV。

220kV 規(guī)劃采用單母線接線，220kV 出線線路為1 回，本期建成單母線接線。35kV 出現(xiàn)線路為10 回，無功補(bǔ)償裝置SVG 兩套，F(xiàn)C 兩套。

2 工程特點(diǎn)

大型山地雙饋風(fēng)力發(fā)電機(jī)組發(fā)電典型應(yīng)用總結(jié)了山地風(fēng)力發(fā)電雙饋發(fā)電機(jī)組的特點(diǎn)，山地風(fēng)力發(fā)電有許多獨(dú)特的特點(diǎn)：施工周期短、對地基處理簡單、多占用山地，對山地要求不嚴(yán)格，但在發(fā)電量、并網(wǎng)、風(fēng)資源、山地風(fēng)機(jī)的運(yùn)輸?shù)确矫嬗袉栴}，故山地風(fēng)力發(fā)電的應(yīng)用不廣泛。因此，要想把大規(guī)模的新型的電力電子技術(shù)廣泛應(yīng)用到山地風(fēng)力發(fā)電中，現(xiàn)有的問題必須有效解決，山地風(fēng)力發(fā)電才能成為電力行業(yè)的主力軍。

3 適用范圍

大型山地雙饋風(fēng)力發(fā)電機(jī)組發(fā)電典型應(yīng)用可適用于風(fēng)力發(fā)電雙饋發(fā)電機(jī)組。

4 工藝原理

本工程采用太原重工股份有限公司TZ2000/16 雙饋風(fēng)力發(fā)電機(jī)組，選用禾望電氣風(fēng)冷型四象限雙饋?zhàn)兞髌鳌?/p>

禾望電氣HWDF0692000 產(chǎn)品是風(fēng)冷型四象限雙饋?zhàn)兞髌?，主要在風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)中和雙饋發(fā)電機(jī)配套使用，以獲得最佳的發(fā)電效率和發(fā)電質(zhì)量。變流器連接在發(fā)電機(jī)和公共電網(wǎng)之間，變流器安裝在塔筒內(nèi)的塔基平臺上。

在大型山地雙饋風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)中，電網(wǎng)直接連接到發(fā)電機(jī)的定子上，而轉(zhuǎn)子通過變流器來實(shí)現(xiàn)交流勵磁，保持定子恒頻恒壓輸出，基本運(yùn)行步驟如下：

（1）在自檢的狀態(tài)下，雙饋風(fēng)力發(fā)電機(jī)組，葉輪處于自由運(yùn)動狀態(tài)；當(dāng)風(fēng)速能夠切入風(fēng)速時葉輪正對風(fēng)向，變槳系統(tǒng)快速調(diào)整最佳槳距角度，發(fā)電機(jī)空載轉(zhuǎn)速保持在切入轉(zhuǎn)速上，MITA 主控系統(tǒng)若判定就準(zhǔn)備就緒，然后發(fā)出并網(wǎng)指令。

（2）變流器在收到并網(wǎng)指令后，首先對母線預(yù)充電，當(dāng)母線電壓達(dá)到一定指標(biāo)后，網(wǎng)側(cè)變流器開始運(yùn)行調(diào)制；當(dāng)網(wǎng)側(cè)變流器正常工作后，機(jī)側(cè)變流器進(jìn)行自檢，自檢通過后開始對勵磁電流幅值、相位和頻率進(jìn)行控制，同時發(fā)電機(jī)定子空載電壓和電網(wǎng)電壓同頻率、同相位、同幅值，此時接觸器閉合，然后并網(wǎng)。

（3）當(dāng)風(fēng)速變化導(dǎo)致發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)速有變時，變流器通過控制轉(zhuǎn)子的勵磁電流頻率來轉(zhuǎn)變轉(zhuǎn)子磁場的旋轉(zhuǎn)頻率、幅值、相位等參數(shù)，使電機(jī)的輸出電壓、頻率和電網(wǎng)保持相同，實(shí)現(xiàn)風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)的變速恒頻發(fā)電功能。

軟啟回路對系統(tǒng)起到了一定的保護(hù)作用，減小了啟機(jī)對電網(wǎng)和變流器的沖擊。

網(wǎng)側(cè)變換器由三個網(wǎng)側(cè)功率模塊組成，通過控制盒中的網(wǎng)側(cè)控制單元進(jìn)行通信和控制。它用于將輸入的三相交流整流為變流器直流母線所需的直流，或者將機(jī)側(cè)變換器輸出的能量返回電網(wǎng)，在電網(wǎng)波動的情況下維持直流母線電壓的穩(wěn)定。

機(jī)側(cè)變換器由三個機(jī)側(cè)功率模塊組成，通過控制盒中的機(jī)側(cè)控制單元進(jìn)行通信和控制。它連接到發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子上，通過調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)子電流實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的變速恒頻發(fā)電以及發(fā)電機(jī)有功、無功的調(diào)節(jié)。

在電網(wǎng)和網(wǎng)側(cè)模塊之間接網(wǎng)側(cè)濾波器，主要是吸收變流器電流高頻分量，防止開關(guān)噪聲污染電網(wǎng)。

有效降低輸出電壓的變化率主要靠機(jī)側(cè)濾波器來實(shí)現(xiàn)，能夠有效改善轉(zhuǎn)子所承受的電應(yīng)力，使發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子的絕緣壽命延長。

變流器內(nèi)部配置了Crowbar，它位于變流器功率柜的中下部。用于電網(wǎng)出現(xiàn)異常突發(fā)狀況時的過壓保護(hù)。當(dāng)電網(wǎng)故障發(fā)生瞬間跌落時，變流器向電網(wǎng)輸入的功率減少，而發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子繼續(xù)旋轉(zhuǎn)，輸出功率不變，使得變流器直流母線和發(fā)電機(jī)繞組由于功率不平衡電壓會迅速上升，從而損壞變流器的器件或電機(jī)組件。

5 安裝工藝流程及操作要點(diǎn)

滿足運(yùn)行條件→輔助電源上電→主斷路器閉合→軟啟動→主接觸器閉合→網(wǎng)測調(diào)制→機(jī)側(cè)同步電網(wǎng)→機(jī)側(cè)并網(wǎng)→并網(wǎng)接觸器閉合→并網(wǎng)發(fā)電。

6 材料

6.1 電纜材料

（1）低壓動力電纜應(yīng)當(dāng)符合相應(yīng)的IEC 或DIC-VDE 標(biāo)準(zhǔn)或其他同等標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的要求。電纜應(yīng)選用風(fēng)電專用耐扭阻燃橡套軟電纜。

（2）動力電纜必須是額定電壓最低為1000V 的銅制導(dǎo)線，電纜的布置應(yīng)避免接頭，應(yīng)杜絕T 型聯(lián)接并應(yīng)標(biāo)明相序。

（3）監(jiān)控電纜采用光纖電纜，并平行于動力電纜布置，必須是專用屏蔽電纜。

（4）風(fēng)機(jī)內(nèi)所有電纜進(jìn)/出位置應(yīng)配置IP54 防護(hù)等級的電纜密封套。

6.2 使用的機(jī)械設(shè)備（見表1）

表1 吊裝機(jī)械設(shè)備

7 安全措施

為了確保人員及設(shè)備安全，所有工作人員必須遵守安全規(guī)范，嚴(yán)禁違規(guī)操作?，F(xiàn)場管理人員必須制定安全計(jì)劃，協(xié)調(diào)所有作業(yè)，維護(hù)檢查起吊設(shè)備及安全設(shè)施，消除各種安全隱患。風(fēng)電機(jī)組安裝單位必須具備風(fēng)電機(jī)組安裝資質(zhì)。首先特種作業(yè)人員必須持證上崗，比如起重工需具備起重工操作證，起重指揮需具備起重指揮操作證，電氣工作人員需持有安檢局頒發(fā)的電工證書，焊工須有焊工證，進(jìn)入塔筒內(nèi)的所有特種人員必須持有登高作業(yè)證。所有工作人員必須身體健康，適應(yīng)風(fēng)電機(jī)組安裝作業(yè)，并經(jīng)過相應(yīng)的培訓(xùn)。風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的安全工作要求如下：

（1）工作人員應(yīng)嚴(yán)格按照風(fēng)力發(fā)電機(jī)組上的警示牌要求操作。

（2）風(fēng)速≥11m/s（10min 平均風(fēng)速）時，嚴(yán)禁在山地風(fēng)力發(fā)電機(jī)組內(nèi)部工作。

（3）雷電天氣嚴(yán)禁進(jìn)入風(fēng)力發(fā)電機(jī)組內(nèi)，在雨雪冰凍天氣，遠(yuǎn)離葉輪旋轉(zhuǎn)面。

（4）安裝人員未經(jīng)許可，嚴(yán)禁觸摸電氣設(shè)備，以防觸電。

（5）山地風(fēng)力發(fā)電機(jī)組未上電前，工作人員進(jìn)入風(fēng)力發(fā)電機(jī)組內(nèi)應(yīng)采取必要的照明措施。

（6）山地風(fēng)力發(fā)電機(jī)組工作人員須了解風(fēng)風(fēng)力發(fā)電機(jī)組安裝要求說明書，必須配備安全防護(hù)設(shè)備。

（7）工作人員應(yīng)嚴(yán)格按照風(fēng)力發(fā)電機(jī)組上的警示牌要求操作。

（8）風(fēng)速≥11m/s（10min 平均風(fēng)速）時，嚴(yán)禁在山地風(fēng)力發(fā)電機(jī)組內(nèi)部工作。

（9）雷電天氣嚴(yán)禁進(jìn)入風(fēng)力發(fā)電機(jī)組內(nèi)，在雨雪冰凍天氣，遠(yuǎn)離葉輪旋轉(zhuǎn)面。

（10）安裝人員未經(jīng)許可，嚴(yán)禁觸摸電氣設(shè)備，以防觸電。

（11）山地風(fēng)力發(fā)電機(jī)組未上電前，工作人員進(jìn)入風(fēng)力發(fā)電機(jī)組內(nèi)應(yīng)采取必要的照明措施。

（12）山地風(fēng)力發(fā)電機(jī)組工作人員須了解風(fēng)風(fēng)力發(fā)電機(jī)組安裝要求說明書，必須配備安全防護(hù)設(shè)備。

8 環(huán)保措施

施工期間嚴(yán)格按照本項(xiàng)目的環(huán)境保護(hù)和水土保持工程設(shè)計(jì)文件進(jìn)行監(jiān)督和對本土的城鄉(xiāng)山地環(huán)境、山地大自然景觀、山地大自然生存環(huán)境的破壞。

在山地道路施工前召開切實(shí)可行的專題會，編制山地風(fēng)電的開挖、回填方案，對山地的開挖、回填、制定詳細(xì)可靠的施工應(yīng)對措施，確定剝離山石的厚度和山石滑落的防護(hù)方案。加大對山地風(fēng)電現(xiàn)場施工作業(yè)人員對環(huán)保制度深刻認(rèn)識的宣傳力度，增強(qiáng)參建專業(yè)分包隊(duì)伍對環(huán)境保護(hù)的意識。

由于前期對山地風(fēng)電的環(huán)境保護(hù)策劃準(zhǔn)確、無誤、落實(shí)到位，執(zhí)行力強(qiáng)、使山地風(fēng)力發(fā)電機(jī)組能順利驗(yàn)收，快速達(dá)到投運(yùn)能力，在道路施工、集電線路施工、山地風(fēng)機(jī)工作面的沿路都通過種植油松和草籽，實(shí)現(xiàn)了山區(qū)風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的植被恢復(fù)。

9 效益分析

根據(jù)大型山地雙饋風(fēng)力發(fā)電機(jī)組送電典型應(yīng)用進(jìn)行的和順縣20 萬kW 風(fēng)電EPC 項(xiàng)目進(jìn)行分析：

9.1 經(jīng)濟(jì)效益

經(jīng)濟(jì)收益：和順縣20 萬kW 風(fēng)電EPC 項(xiàng)目部結(jié)合項(xiàng)目施工的實(shí)際情況和施工特點(diǎn)以及施工條件，精心施工，通過我單位專業(yè)團(tuán)隊(duì)的團(tuán)結(jié)協(xié)作、攻堅(jiān)克難，采用此變流器能變速恒頻發(fā)電，使得企業(yè)利潤率高達(dá)10.9%。

9.2 社會效益

本大型山地雙饋風(fēng)力發(fā)電機(jī)組發(fā)電典型應(yīng)用工藝先進(jìn)，設(shè)備簡單成熟，具有廣泛的實(shí)用性。和順縣20 萬kW 風(fēng)電工程項(xiàng)目的建成投產(chǎn)，為推動和順地區(qū)的經(jīng)濟(jì)可持續(xù)發(fā)展做出了突出貢獻(xiàn)，帶動山西省新能源產(chǎn)業(yè)的發(fā)展，有效調(diào)整結(jié)構(gòu)化能源經(jīng)濟(jì)。業(yè)主和監(jiān)理單位的給以好評，為企業(yè)贏得了信譽(yù)，并榮獲得“國家優(yōu)質(zhì)工程獎”“電力行業(yè)工程獎”“電力行業(yè)一級文明標(biāo)化工地”。

10 結(jié)束語

國家電投集團(tuán)東方能源股份有限公司和順縣20 萬kW 風(fēng)電工程項(xiàng)目的建成投產(chǎn)，推動了地區(qū)的綠色協(xié)調(diào)以及持續(xù)發(fā)展，做出了突出貢獻(xiàn)，對山西省發(fā)展和培育新能源產(chǎn)業(yè)，調(diào)整優(yōu)化能源經(jīng)濟(jì)結(jié)構(gòu)具有重要意義。