風(fēng)電機(jī)組選型.doc

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1、5風(fēng)電機(jī)組選型、布置及風(fēng)電場發(fā)電量估算5.1風(fēng)電機(jī)組選型5.1.1單機(jī)容量范圍及方案的擬定5.1.1.1風(fēng)電機(jī)組發(fā)電機(jī)類型的確定風(fēng)電場機(jī)型選擇應(yīng)考慮適合風(fēng)電場場址的風(fēng)資源條件，有利于提高風(fēng)電場的發(fā)電效益。隨著國內(nèi)外風(fēng)力發(fā)電設(shè)備制造技術(shù)日趨成熟，針對不同區(qū)域風(fēng)資源條件，各風(fēng)機(jī)設(shè)備制造廠家已經(jīng)開發(fā)出不同結(jié)構(gòu)型式、不同控制調(diào)節(jié)方式的風(fēng)力發(fā)電機(jī)組可供選擇。按照IEC61400-1標(biāo)準(zhǔn)（風(fēng)電機(jī)組設(shè)計要求），風(fēng)電場機(jī)組按50年一遇極大風(fēng)速可分為I、II、III三個標(biāo)準(zhǔn)等級，每個等級按15m/s風(fēng)速區(qū)間的湍流強(qiáng)度可分為A、B、C三個標(biāo)準(zhǔn)等級，為特殊風(fēng)況和外

2、部條件設(shè)計的為S級。因此，根據(jù)懷寧風(fēng)電場場址的地形、交通運(yùn)輸情況、風(fēng)資源條件和風(fēng)況特征，結(jié)合國內(nèi)外商品化風(fēng)電機(jī)組的制造水平、技術(shù)成熟程度以及風(fēng)電機(jī)組本地化率的要求，進(jìn)行風(fēng)電場機(jī)組型式選擇。風(fēng)力發(fā)電機(jī)組選型應(yīng)考慮的幾種因素(1)風(fēng)電機(jī)組應(yīng)滿足一定的安全等級要求表5.1.1.1-1IEC61400-1各等級WTGS基本參數(shù)風(fēng)力發(fā)電機(jī)組等級ⅠⅡⅢSVref(m/s)5042.537.5設(shè)計者參數(shù)說明AIref(-)0.16BIref(-)0.14CIref(-)0.12上表中各數(shù)據(jù)應(yīng)用于輪轂高度，其中V?ref為10min平均參考風(fēng)速，A表示較高湍

3、流特性，B表示中等湍流特性，C表示較低湍流特性，Iref為湍流強(qiáng)度15m/s時的特性。在輪轂高度處，15m/s風(fēng)速區(qū)間的湍流強(qiáng)度值不大于0.12，極大風(fēng)速為28.2m/s。根據(jù)國際電工協(xié)會IEC61400-1(2005)標(biāo)準(zhǔn)判定本風(fēng)電場工程70~90m輪轂高度適宜選擇IECⅢC及以上等級的風(fēng)力發(fā)電機(jī)組。(2)風(fēng)輪輸出功率控制方式風(fēng)輪輸出功率控制方式分為失速調(diào)節(jié)和變槳距調(diào)節(jié)兩種。兩種控制方式各有利弊，各自適應(yīng)不同的運(yùn)行環(huán)境和運(yùn)行要求。從目前市場情況看，采用變槳距調(diào)節(jié)方式的風(fēng)電機(jī)組居多。(3)風(fēng)電機(jī)組的運(yùn)行方式風(fēng)電機(jī)組的運(yùn)行方式分為變速運(yùn)行與恒速

4、運(yùn)行。恒速運(yùn)行的風(fēng)力機(jī)的好處是控制簡單，可靠性好。缺點(diǎn)是由于轉(zhuǎn)速基本恒定，而風(fēng)速經(jīng)常變化，因此風(fēng)力發(fā)電機(jī)組經(jīng)常工作在風(fēng)能利用系數(shù)(Cp)較低的點(diǎn)上，風(fēng)能得不到充分利用。變速運(yùn)行的風(fēng)電機(jī)組一般采用雙饋異步發(fā)電機(jī)或多極永磁同步發(fā)電機(jī)。變速運(yùn)行方式通過控制發(fā)電機(jī)的轉(zhuǎn)速，能使風(fēng)力機(jī)的葉尖速比接近最佳值，從而最大限度的利用風(fēng)能，提高風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的運(yùn)行效率。(4)發(fā)電機(jī)的類型目前，市場上主流的變速變槳恒頻型風(fēng)電機(jī)組技術(shù)分為雙饋式和直驅(qū)式兩大類。雙饋式變槳變速恒頻技術(shù)的主要特點(diǎn)是采用了風(fēng)輪可變速變槳運(yùn)行，傳動系統(tǒng)采用齒輪箱增速和雙饋異步發(fā)電機(jī)并網(wǎng)，而直驅(qū)式

5、變速變槳恒頻技術(shù)采用了風(fēng)輪與發(fā)電機(jī)直接耦合的傳動方式，發(fā)電機(jī)多采用多極同步電機(jī)，通過全功率變頻裝置并網(wǎng)。直驅(qū)技術(shù)的最大特點(diǎn)是可靠性和效率都進(jìn)一步得到了提高。還有一種介于二者之間的半直驅(qū)式，由葉輪通過單級增速裝置驅(qū)動多極同步發(fā)電機(jī)，是直驅(qū)式和傳統(tǒng)型風(fēng)力發(fā)電機(jī)的混合，但是該類產(chǎn)品還不是很成熟，因此本工程不推薦。雙饋式：交流勵磁發(fā)電機(jī)又被人們稱之為雙饋發(fā)電機(jī)。雙饋風(fēng)電機(jī)組中，為了讓風(fēng)輪的轉(zhuǎn)速和發(fā)電機(jī)的轉(zhuǎn)速相匹配，必須在風(fēng)輪和發(fā)電機(jī)之間用齒輪箱來聯(lián)接，這就增加了機(jī)組的總成本；而齒輪箱噪音大、故障率高、需要定期維護(hù)，并且增加了機(jī)械損耗；機(jī)組中采用的雙向

6、變頻器結(jié)構(gòu)和控制復(fù)雜；電刷和滑環(huán)間也存在機(jī)械磨損。目前，世界各國正在針對這些缺點(diǎn)改進(jìn)機(jī)組或研制新型機(jī)組，如無刷雙饋機(jī)組。永磁直驅(qū)風(fēng)電機(jī)組，就是取消了昂貴而又沉重的增速齒輪箱，風(fēng)輪軸直接和發(fā)電機(jī)軸直接相連，轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)速隨來流風(fēng)速的變化而改變，其交流電的頻率也隨之變化，經(jīng)過大功率電力電子變頻器將頻率不定的交流電整流成直流電，再逆變成與電網(wǎng)同頻率的交流電輸出。表5.1.1.1-2雙饋型與直驅(qū)型風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的特性比較機(jī)型和特性雙饋型風(fēng)力發(fā)電機(jī)組永磁直驅(qū)風(fēng)力發(fā)電機(jī)組系統(tǒng)維護(hù)成本較高（齒輪箱故障多）低系統(tǒng)價格中高系統(tǒng)效率較高高電控系統(tǒng)體積中較大變流器容量全

7、功率的1/3全功率變流變流系統(tǒng)穩(wěn)定性中高電機(jī)滑環(huán)半年換碳刷，二年換滑環(huán)無碳刷，滑環(huán)電機(jī)造價低（1.5WM50萬左右）電機(jī)尺寸?。ㄖ睆郊s為1.5m）大（直徑4.8米左右）電機(jī)重量輕重塔內(nèi)電纜工作電流類型高頻非正弦波，具有較大諧波分量正弦波諧波畸變可控性難以控制，因?yàn)橐S著轉(zhuǎn)速的變化進(jìn)行變頻，控制回路多容易控制，因?yàn)橹C波頻率穩(wěn)定，控制回路少電機(jī)種類勵磁永磁，設(shè)計時要考慮永磁體退磁問題雙饋式風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的特點(diǎn)是采用了多級齒輪箱驅(qū)動有刷雙饋式異步發(fā)電機(jī)。它的發(fā)電機(jī)的轉(zhuǎn)速高，轉(zhuǎn)矩小，重量輕，體積小，變流器容量小，但齒輪箱的運(yùn)行維護(hù)成本高且存在機(jī)械運(yùn)行損

8、耗。直驅(qū)式風(fēng)力發(fā)電機(jī)組在傳動鏈中省掉了齒輪箱，將風(fēng)輪與低速同步發(fā)電機(jī)直接連接，然后通過變流器全變流上網(wǎng)，降低了機(jī)械故障的概率和定期維護(hù)的成本，同時提高了風(fēng)電轉(zhuǎn)換效率