金风直驱永磁技术介绍-国网新能源培训

金风直驱永磁技术介绍2010年4月一、金风风电机组产品概述•金风科技产品谱引进Jacobs公司600kW风电机组生产许可证并生产安装1997-20002001-2004引进REpower公司750kW风电机组生产许可证并生产安装与德国Vensys公司共同开发1.2MW、1.5MW系列风机并生产安装2005-2008自主研发2.5MW直驱永磁风机下线吊装2006-2009-2007-2010自主研发3.0MW风机样机下线2009-2012自主研发6.0MW风机技术引进联合设计自主研发10MW级风电机组预研发2010-2013金风风电机组产品概述直接驱动•电网接入性好•电能品质高•低电压穿越能力……•结构简单•高效•高可靠性……•低负载高效•重量相对较轻•免维护……金风风电机组的设计理念全功率变流永磁电机++1）、直接驱动省去齿轮箱——提高机组运行的可靠性，降低维护成本；提高传动效率——提高大功率机组的经济性；省去高速部件——无需附带的冷却润滑系统，避免复杂的动力学问题；电机尺寸的增大——特制、重量加大。金风风电机组产品概述2）、永磁发电机低风速时提高效率3～5％；电机结构简化——无励磁绕组、无需电刷。外转子省去发电机的冷却系统，但对密封提出要求；失磁问题引起关注。0.00.51.01.52.02.53.00.70.80.91.0Au遝ndurchmesser5mDioden-GR+forc.Luftk黨lung4-pol.DFIG+Getriebe0.0PMSG;2p=108;L=1.40mDCSG;2p=72L=1.75mGesamtwirkungsgradLeistungPel/MW金风风电机组产品概述直驱永磁技术彰显卓越优势“在过去几十年里，传统的风电机组采用齿轮箱来提高转速，但是实践证明，齿轮箱的失效严重影响了风电机组的效率。据统计，在风电机组出现的问题中，齿轮箱排名第一，再加上齿轮箱供应的紧张，人们开始考虑去除齿轮箱部件，采用直接驱动技术。……美国国家可再生能源实验室的支持下的一个项目小组对直驱和双馈风机进行了专门的研究。分别对两种风机的传动系统进行优化并且进行了制造和测试。研究结果表明永磁技术优于双馈技术，主要原因是在部分负荷运行状态下，永磁发电机的效率要比双馈发电机高3%到4%。（部分负荷：是指风力发电机在未达到额定功率下的运行状态。相对应的全功率负荷是指风电机组在达到额定功率的情况下的运行状态。）”（PeterJamieson,fromGarradHassan)来源:WindpowerMonthly,November,2008二、1.5MW直驱永磁风电机组技术特征•首台1.2MW样机于2005年5月在达坂城风电场安装运行。•首台首台1.5MW样机于2007年4月在达坂城风电场安装运行。应用现状•达坂城风电场（新疆）•贺兰山风电场（宁夏）•官厅风电场（北京）•通榆风电场（吉林）•北票风电场（辽宁）•巴音风电场（内蒙古）•大丰风电场（江苏）•长岭风电场（江西）•渤海湾（中海油）（已有34个项目投运）机组的技术特征直接驱动外转子永磁发电机齿形带变桨传动外圈驱动的变桨轴承•新型变桨系统–齿型带传动变桨系统•系统特点：–缓和冲击载荷–无需润滑–三套独立的变桨驱动–后备电源采用超级电容免维护•变桨齿形带–采用齿形带传动的方式受结构变形的影响小，减少了变桨过程中的载荷冲击。变桨驱动叶片齿形皮带轮变桨支架轮毂3-机组特点•自然风冷系统–发电机冷却系统•外转子结构电机，上下均可通风，散热面积大•额定工况下发电机温升60K•自然风冷系统免维护磁钢铁芯绕组风定子转子风道3-机组特点•全功率逆变–直接驱动式大大减小系统运行噪声，提高可靠性–无滑环装置故障率低、维护量小–易于控制输出电流波动–增加功率传送能力并降低开关频率–额定条件下交直交全功率逆变装置的损耗约为3%左右（约45kW）===~~M~~~~永磁发电机三相整流升降压逆变滤波器电网变压器ABCDEF1234567变流器AC-DC-AC变流方式三、金风2.5MW直驱永磁风电机组机组技术参数GW90/2500kWGW100/2500kW设计等级IECIIAIECⅢA叶片LM44.8PLM48.8P叶轮直径m90100扫风面积m263627854轮毂高度m80/10080/100额定风速m/s1211额定转速rpm1614.5切入风速m/s33切出风速m/s2522机舱空间大便于维护操作从内部进入轮毂维护变桨，提高人员的安全性直接进入机舱的通道外转子结构、尺寸小、重量轻变桨齿形带传动无需润滑，免维护机组特点冷热交换系统机舱密封性更好叶轮直接驱动、转速低、可靠性高主轴支撑结构新型变桨调节机构•采用新型齿形同步带，寿命长•减少冲击载荷•无需润滑、免维护位于官厅风电场的首台样机四、金风海上风电机组开发3.0MW永磁式风电机组的零部件21创新精研优化产品经济性指标金风2.5MW直驱机组设计思路较于1.5MW更有重大突破,机组重量从常规可能的250吨减少到130吨,轻于绝大多数同容量机组，包括通过齿轮箱增速的风电机组。01002003004005006007008005060708090100110120130140叶轮直径（米）机头重量（吨）直驱机组带齿轮箱机组30DDmmoREPower5MWPfleiderer5MWVestas3MWGoldwind2.5MWEnercon1.8MWGoldwind1.5MWEnercon4.5MWGoldwind90130吨22直驱风机采用全功率风机变流器,具备实现低电压穿越的功能,完全满足电网最高要求。低转速,不需要齿轮箱及其相关高故障率零部件耗材,提高机组可靠性的同时减少维护费用。永磁同步发电机和无齿轮箱特点降低功率消耗提高发电效率，尤其在冬季。部分负荷运行状态下，永磁发电机的效率要比双馈发电机高3%到4%。(部分负荷：是指风力发电机在未达到额定功率下的运行状态)converter金风1.5MW风电机组风机技术彰显卓越发电并网能力金风科技所选择的直驱永磁风机技术，叶轮直接驱动永磁同步发电机电机（无需借助齿轮箱增速),即直接驱动＋永磁电机＋全功率变流,以其卓越而又经济的性能及电力并网表现，受到越来越多的市场关注.来源:WindpowerMonthly,November,2008金风2.5MW风电机组金风MW风机风电场有功功率控制情况介绍电力系统调度输电线路△P可调金风风电场能量管理系统P可控1、汇总并网点、集电线路数据、风机数据，实时监测2、控制停机、限功率运行直接调度案例：内蒙古巴音20万风电场（网调）黑龙江白山10万项目（场内控制）川井、四子王旗（网调）风电场限制有功功率控制录播--地点：黑龙江白山风电场--容量：100MW--时间：2009年12月8日23：00至12月9日04：30--限制出力：12MW23：00–0：00--限制出力：3MW0：00–04：30风电场限制有功功率控制录播--地点：内蒙古巴音风电场--容量：200MW--时间：2009年12月1日20：41至12月5日20：42风电场有功功率下降变化率控制录播--地点：内蒙古巴音风电场--容量：200MW--时间：2009年11月5日22：54至23：02--持续时间：8分钟风电场有功功率上升变化率控制录播--地点：内蒙古巴音风电场--容量：200MW--时间：2009年12月1日07：05至07：10--持续时间：5分钟输电线路风机无功控制方案可以优化风电场运行功率控制系统集中补偿设备辽宁北票风电场风电场容量50MMWSVC容量6000kVar机组补偿容量4950kVAr巴音、驼山、亿合宫、川井、四子王旗金风MW风电场无功功率控制情况录播金风MW风电场无功功率控制情况录播低电压穿越定义•风机低电压穿越：在系统出现故障或扰动时导致风机并网点一定的平衡或不平衡电压跌落时，风机需要在规定的时间内保持并网运行，同时根据电压跌落深度控制风机暂态过程中无功电流；在系统电压正常后风机能够迅速恢复有功功率。115%110%90%85%15%0.67U(pu)t(s)3600.150.520%100%金风MW机组低电压穿越过程无功功率控制标准∆U/Un∆Ir/InK=（∆Ir/In）/(∆U/Un）=2U为故障过程中机端电压U0为故障前机端电压Un机组额定电压∆U=U-U0Ir为故障过程中机组无功电流Ir0为故障前机组无功电流-代表容性+代表感性In为机组额定电流∆Ir=Ir-Ir010%15%-50%-100%-10%Ir_max=In-85%-100%30%响应时间t=10ms金风MW机组低电压解决方案叶轮转速不变能量回路变流器发电机变压器电网电压、电流检测信号放电电阻系统故障电压低电机侧正常发电网侧控制短路电流恒定电容电压抬高电阻放电故障解除电压正常网侧正常发电机组完成低电压穿越！！电磁扭矩=机械扭矩电容电压正常金风1.5MW机组低电压穿越录播龙源公司黑龙江省分公司抚远风电场现场：金风77/1500kW机组时间：2009年5月30日16：28：15（机组就地记录）风速：6.5m/s上下有功功率：300kW左右电压跌落类型：三相对称跌落跌落深度：最低相电压258V，为额定电压64.8%持续时间：电压低于90%以下持续时间为19s机组最大无功功率：450kVar机组最大电流（有效值）：700A金风1.5MW机组低电压穿越现场录播16：28：15-100010020030040050060070080016:27:5016:27:5916:28:0816:28:1616:28:2516:28:3416:28:42050100150200250300350400450I1rmsPQU1rmsU2rmsU3rms←88%17s←75%8s有功功率连续→系统三相电压跌落过程发出无功功率→←最低65%金风MW机组数学模型金风MW机组已完成基于PSS/E平台，DigSiLENT平台，PSCAD平台的模型开发GoldWindPekingPowerFactory14.0.510GoldwindScience&TechnologyCo.ltdGoldwind1.5MWWiderangeVariableSpeedDirectDriveWindTurbineProject:Graphic:Goldwind1.5MWDate:6/12/2009Annex:RecGen0.590.86-5.37DCBus1.151.000.00Gen0.600.87-5.11LV0.691.0063.04Line-1.380.0085.81Line1.390.0185.81Breaker/S..-0.000.000.00Breaker/S..-0.000.000.00DC-VoltageSource-0.000.00G~Goldwind1.5MW1.390.0186.83SeriesRe..0.000.000.00SeriesRe..0.000.000.00DCCapacitor-0.000.00Tr2-1.380.0386.13Tr21.380.0486.13PWMGenerator-Side-1.380.00PWMGenerator-Side1.380.00PWMGrid-Side1.380.04PWMGrid-Side-1.380.00基于国内BPA和综合仿真程序平台的模型已经开始开发VoltageLevels110.kV35.kV33.kV11.kV3.3kV1.15kV0.69kVPowerFactory13.2.337TransmissionNetworkProject:DemoGraphic:Part2Date:7/8/2008Annex:LoadFlowBalancedNodesLine-LineVoltage,Magnitude[kV]Voltage,Magnitude[p.u.]Voltage,Angle[deg]BranchesActivePo