大型山地雙饋風力發電機組發電典型應用

高日軍

（山西省工業設備安裝集團有限公司，山西太原 030032）

1 工程概況

和順20 萬kW 風電項目，和順陽光電場規劃裝機總容為300MW，本期建設 2×100MW 兩臺主變，變電站：220kV，調壓變壓器：三相雙繞組有載，電壓級別220/35kV。

220kV 規劃采用單母線接線，220kV 出線線路為1 回，本期建成單母線接線。35kV 出現線路為10 回，無功補償裝置SVG 兩套，FC 兩套。

2 工程特點

大型山地雙饋風力發電機組發電典型應用總結了山地風力發電雙饋發電機組的特點，山地風力發電有許多獨特的特點：施工周期短、對地基處理簡單、多占用山地，對山地要求不嚴格，但在發電量、并網、風資源、山地風機的運輸等方面有問題，故山地風力發電的應用不廣泛。因此，要想把大規模的新型的電力電子技術廣泛應用到山地風力發電中，現有的問題必須有效解決，山地風力發電才能成為電力行業的主力軍。

3 適用范圍

大型山地雙饋風力發電機組發電典型應用可適用于風力發電雙饋發電機組。

4 工藝原理

本工程采用太原重工股份有限公司TZ2000/16 雙饋風力發電機組，選用禾望電氣風冷型四象限雙饋變流器。

禾望電氣HWDF0692000 產品是風冷型四象限雙饋變流器，主要在風力發電系統中和雙饋發電機配套使用，以獲得最佳的發電效率和發電質量。變流器連接在發電機和公共電網之間，變流器安裝在塔筒內的塔基平臺上。

在大型山地雙饋風力發電系統中，電網直接連接到發電機的定子上，而轉子通過變流器來實現交流勵磁，保持定子恒頻恒壓輸出，基本運行步驟如下：

（1）在自檢的狀態下，雙饋風力發電機組，葉輪處于自由運動狀態；當風速能夠切入風速時葉輪正對風向，變槳系統快速調整最佳槳距角度，發電機空載轉速保持在切入轉速上，MITA 主控系統若判定就準備就緒，然后發出并網指令。

（2）變流器在收到并網指令后，首先對母線預充電，當母線電壓達到一定指標后，網側變流器開始運行調制；當網側變流器正常工作后，機側變流器進行自檢，自檢通過后開始對勵磁電流幅值、相位和頻率進行控制，同時發電機定子空載電壓和電網電壓同頻率、同相位、同幅值，此時接觸器閉合，然后并網。

（3）當風速變化導致發電機轉速有變時，變流器通過控制轉子的勵磁電流頻率來轉變轉子磁場的旋轉頻率、幅值、相位等參數，使電機的輸出電壓、頻率和電網保持相同，實現風力發電系統的變速恒頻發電功能。

軟啟回路對系統起到了一定的保護作用，減小了啟機對電網和變流器的沖擊。

網側變換器由三個網側功率模塊組成，通過控制盒中的網側控制單元進行通信和控制。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，或者將機側變換器輸出的能量返回電網，在電網波動的情況下維持直流母線電壓的穩定。

機側變換器由三個機側功率模塊組成，通過控制盒中的機側控制單元進行通信和控制。它連接到發電機轉子上，通過調節轉子電流實現系統的變速恒頻發電以及發電機有功、無功的調節。

在電網和網側模塊之間接網側濾波器，主要是吸收變流器電流高頻分量，防止開關噪聲污染電網。

有效降低輸出電壓的變化率主要靠機側濾波器來實現，能夠有效改善轉子所承受的電應力，使發電機轉子的絕緣壽命延長。

變流器內部配置了Crowbar，它位于變流器功率柜的中下部。用于電網出現異常突發狀況時的過壓保護。當電網故障發生瞬間跌落時，變流器向電網輸入的功率減少，而發電機轉子繼續旋轉，輸出功率不變，使得變流器直流母線和發電機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組件。

5 安裝工藝流程及操作要點

滿足運行條件→輔助電源上電→主斷路器閉合→軟啟動→主接觸器閉合→網測調制→機側同步電網→機側并網→并網接觸器閉合→并網發電。

6 材料

6.1 電纜材料

（1）低壓動力電纜應當符合相應的IEC 或DIC-VDE 標準或其他同等標準規定的要求。電纜應選用風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 的銅制導線，電纜的布置應避免接頭，應杜絕T 型聯接并應標明相序。

（3）監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）風機內所有電纜進/出位置應配置IP54 防護等級的電纜密封套。

6.2 使用的機械設備（見表1）

表1 吊裝機械設備

7 安全措施

為了確保人員及設備安全，所有工作人員必須遵守安全規范，嚴禁違規操作。現場管理人員必須制定安全計劃，協調所有作業，維護檢查起吊設備及安全設施，消除各種安全隱患。風電機組安裝單位必須具備風電機組安裝資質。首先特種作業人員必須持證上崗，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的電工證書，焊工須有焊工證，進入塔筒內的所有特種人員必須持有登高作業證。所有工作人員必須身體健康，適應風電機組安裝作業，并經過相應的培訓。風力發電機組的安全工作要求如下：

（1）工作人員應嚴格按照風力發電機組上的警示牌要求操作。

（2）風速≥11m/s（10min 平均風速）時，嚴禁在山地風力發電機組內部工作。

（3）雷電天氣嚴禁進入風力發電機組內，在雨雪冰凍天氣，遠離葉輪旋轉面。

（4）安裝人員未經許可，嚴禁觸摸電氣設備，以防觸電。

（5）山地風力發電機組未上電前，工作人員進入風力發電機組內應采取必要的照明措施。

（6）山地風力發電機組工作人員須了解風風力發電機組安裝要求說明書，必須配備安全防護設備。

（7）工作人員應嚴格按照風力發電機組上的警示牌要求操作。

（8）風速≥11m/s（10min 平均風速）時，嚴禁在山地風力發電機組內部工作。

（9）雷電天氣嚴禁進入風力發電機組內，在雨雪冰凍天氣，遠離葉輪旋轉面。

（10）安裝人員未經許可，嚴禁觸摸電氣設備，以防觸電。

（11）山地風力發電機組未上電前，工作人員進入風力發電機組內應采取必要的照明措施。

（12）山地風力發電機組工作人員須了解風風力發電機組安裝要求說明書，必須配備安全防護設備。

8 環保措施

施工期間嚴格按照本項目的環境保護和水土保持工程設計文件進行監督和對本土的城鄉山地環境、山地大自然景觀、山地大自然生存環境的破壞。

在山地道路施工前召開切實可行的專題會，編制山地風電的開挖、回填方案，對山地的開挖、回填、制定詳細可靠的施工應對措施，確定剝離山石的厚度和山石滑落的防護方案。加大對山地風電現場施工作業人員對環保制度深刻認識的宣傳力度，增強參建專業分包隊伍對環境保護的意識。

由于前期對山地風電的環境保護策劃準確、無誤、落實到位，執行力強、使山地風力發電機組能順利驗收，快速達到投運能力，在道路施工、集電線路施工、山地風機工作面的沿路都通過種植油松和草籽，實現了山區風力發電機組的植被恢復。

9 效益分析

根據大型山地雙饋風力發電機組送電典型應用進行的和順縣20 萬kW 風電EPC 項目進行分析：

9.1 經濟效益

經濟收益：和順縣20 萬kW 風電EPC 項目部結合項目施工的實際情況和施工特點以及施工條件，精心施工，通過我單位專業團隊的團結協作、攻堅克難，采用此變流器能變速恒頻發電，使得企業利潤率高達10.9%。

9.2 社會效益

本大型山地雙饋風力發電機組發電典型應用工藝先進，設備簡單成熟，具有廣泛的實用性。和順縣20 萬kW 風電工程項目的建成投產，為推動和順地區的經濟可持續發展做出了突出貢獻，帶動山西省新能源產業的發展，有效調整結構化能源經濟。業主和監理單位的給以好評，為企業贏得了信譽，并榮獲得“國家優質工程獎”“電力行業工程獎”“電力行業一級文明標化工地”。

10 結束語

國家電投集團東方能源股份有限公司和順縣20 萬kW 風電工程項目的建成投產，推動了地區的綠色協調以及持續發展，做出了突出貢獻，對山西省發展和培育新能源產業，調整優化能源經濟結構具有重要意義。