大型山地双馈风力发电机组发电典型应用

高日军

（山西省工业设备安装集团有限公司，山西太原 030032）

1 工程概况

和顺20 万kW 风电项目，和顺阳光电场规划装机总容为300MW，本期建设 2×100MW 两台主变，变电站：220kV，调压变压器：三相双绕组有载，电压级别220/35kV。

220kV 规划采用单母线接线，220kV 出线线路为1 回，本期建成单母线接线。35kV 出现线路为10 回，无功补偿装置SVG 两套，FC 两套。

2 工程特点

大型山地双馈风力发电机组发电典型应用总结了山地风力发电双馈发电机组的特点，山地风力发电有许多独特的特点：施工周期短、对地基处理简单、多占用山地，对山地要求不严格，但在发电量、并网、风资源、山地风机的运输等方面有问题，故山地风力发电的应用不广泛。因此，要想把大规模的新型的电力电子技术广泛应用到山地风力发电中，现有的问题必须有效解决，山地风力发电才能成为电力行业的主力军。

3 适用范围

大型山地双馈风力发电机组发电典型应用可适用于风力发电双馈发电机组。

4 工艺原理

本工程采用太原重工股份有限公司TZ2000/16 双馈风力发电机组，选用禾望电气风冷型四象限双馈变流器。

禾望电气HWDF0692000 产品是风冷型四象限双馈变流器，主要在风力发电系统中和双馈发电机配套使用，以获得最佳的发电效率和发电质量。变流器连接在发电机和公共电网之间，变流器安装在塔筒内的塔基平台上。

在大型山地双馈风力发电系统中，电网直接连接到发电机的定子上，而转子通过变流器来实现交流励磁，保持定子恒频恒压输出，基本运行步骤如下：

（1）在自检的状态下，双馈风力发电机组，叶轮处于自由运动状态；当风速能够切入风速时叶轮正对风向，变桨系统快速调整最佳桨距角度，发电机空载转速保持在切入转速上，MITA 主控系统若判定就准备就绪，然后发出并网指令。

（2）变流器在收到并网指令后，首先对母线预充电，当母线电压达到一定指标后，网侧变流器开始运行调制；当网侧变流器正常工作后，机侧变流器进行自检，自检通过后开始对励磁电流幅值、相位和频率进行控制，同时发电机定子空载电压和电网电压同频率、同相位、同幅值，此时接触器闭合，然后并网。

（3）当风速变化导致发电机转速有变时，变流器通过控制转子的励磁电流频率来转变转子磁场的旋转频率、幅值、相位等参数，使电机的输出电压、频率和电网保持相同，实现风力发电系统的变速恒频发电功能。

软启回路对系统起到了一定的保护作用，减小了启机对电网和变流器的冲击。

网侧变换器由三个网侧功率模块组成，通过控制盒中的网侧控制单元进行通信和控制。它用于将输入的三相交流整流为变流器直流母线所需的直流，或者将机侧变换器输出的能量返回电网，在电网波动的情况下维持直流母线电压的稳定。

机侧变换器由三个机侧功率模块组成，通过控制盒中的机侧控制单元进行通信和控制。它连接到发电机转子上，通过调节转子电流实现系统的变速恒频发电以及发电机有功、无功的调节。

在电网和网侧模块之间接网侧滤波器，主要是吸收变流器电流高频分量，防止开关噪声污染电网。

有效降低输出电压的变化率主要靠机侧滤波器来实现，能够有效改善转子所承受的电应力，使发电机转子的绝缘寿命延长。

变流器内部配置了Crowbar，它位于变流器功率柜的中下部。用于电网出现异常突发状况时的过压保护。当电网故障发生瞬间跌落时，变流器向电网输入的功率减少，而发电机转子继续旋转，输出功率不变，使得变流器直流母线和发电机绕组由于功率不平衡电压会迅速上升，从而损坏变流器的器件或电机组件。

5 安装工艺流程及操作要点

满足运行条件→辅助电源上电→主断路器闭合→软启动→主接触器闭合→网测调制→机侧同步电网→机侧并网→并网接触器闭合→并网发电。

6 材料

6.1 电缆材料

（1）低压动力电缆应当符合相应的IEC 或DIC-VDE 标准或其他同等标准规定的要求。电缆应选用风电专用耐扭阻燃橡套软电缆。

（2）动力电缆必须是额定电压最低为1000V 的铜制导线，电缆的布置应避免接头，应杜绝T 型联接并应标明相序。

（3）监控电缆采用光纤电缆，并平行于动力电缆布置，必须是专用屏蔽电缆。

（4）风机内所有电缆进/出位置应配置IP54 防护等级的电缆密封套。

6.2 使用的机械设备（见表1）

表1 吊装机械设备

7 安全措施

为了确保人员及设备安全，所有工作人员必须遵守安全规范，严禁违规操作。现场管理人员必须制定安全计划，协调所有作业，维护检查起吊设备及安全设施，消除各种安全隐患。风电机组安装单位必须具备风电机组安装资质。首先特种作业人员必须持证上岗，比如起重工需具备起重工操作证，起重指挥需具备起重指挥操作证，电气工作人员需持有安检局颁发的电工证书，焊工须有焊工证，进入塔筒内的所有特种人员必须持有登高作业证。所有工作人员必须身体健康，适应风电机组安装作业，并经过相应的培训。风力发电机组的安全工作要求如下：

（1）工作人员应严格按照风力发电机组上的警示牌要求操作。

（2）风速≥11m/s（10min 平均风速）时，严禁在山地风力发电机组内部工作。

（3）雷电天气严禁进入风力发电机组内，在雨雪冰冻天气，远离叶轮旋转面。

（4）安装人员未经许可，严禁触摸电气设备，以防触电。

（5）山地风力发电机组未上电前，工作人员进入风力发电机组内应采取必要的照明措施。

（6）山地风力发电机组工作人员须了解风风力发电机组安装要求说明书，必须配备安全防护设备。

（7）工作人员应严格按照风力发电机组上的警示牌要求操作。

（8）风速≥11m/s（10min 平均风速）时，严禁在山地风力发电机组内部工作。

（9）雷电天气严禁进入风力发电机组内，在雨雪冰冻天气，远离叶轮旋转面。

（10）安装人员未经许可，严禁触摸电气设备，以防触电。

（11）山地风力发电机组未上电前，工作人员进入风力发电机组内应采取必要的照明措施。

（12）山地风力发电机组工作人员须了解风风力发电机组安装要求说明书，必须配备安全防护设备。

8 环保措施

施工期间严格按照本项目的环境保护和水土保持工程设计文件进行监督和对本土的城乡山地环境、山地大自然景观、山地大自然生存环境的破坏。

在山地道路施工前召开切实可行的专题会，编制山地风电的开挖、回填方案，对山地的开挖、回填、制定详细可靠的施工应对措施，确定剥离山石的厚度和山石滑落的防护方案。加大对山地风电现场施工作业人员对环保制度深刻认识的宣传力度，增强参建专业分包队伍对环境保护的意识。

由于前期对山地风电的环境保护策划准确、无误、落实到位，执行力强、使山地风力发电机组能顺利验收，快速达到投运能力，在道路施工、集电线路施工、山地风机工作面的沿路都通过种植油松和草籽，实现了山区风力发电机组的植被恢复。

9 效益分析

根据大型山地双馈风力发电机组送电典型应用进行的和顺县20 万kW 风电EPC 项目进行分析：

9.1 经济效益

经济收益：和顺县20 万kW 风电EPC 项目部结合项目施工的实际情况和施工特点以及施工条件，精心施工，通过我单位专业团队的团结协作、攻坚克难，采用此变流器能变速恒频发电，使得企业利润率高达10.9%。

9.2 社会效益

本大型山地双馈风力发电机组发电典型应用工艺先进，设备简单成熟，具有广泛的实用性。和顺县20 万kW 风电工程项目的建成投产，为推动和顺地区的经济可持续发展做出了突出贡献，带动山西省新能源产业的发展，有效调整结构化能源经济。业主和监理单位的给以好评，为企业赢得了信誉，并荣获得“国家优质工程奖”“电力行业工程奖”“电力行业一级文明标化工地”。

10 结束语

国家电投集团东方能源股份有限公司和顺县20 万kW 风电工程项目的建成投产，推动了地区的绿色协调以及持续发展，做出了突出贡献，对山西省发展和培育新能源产业，调整优化能源经济结构具有重要意义。