风电场发电流程概述
中电投盐湖东风电一场总容量为49.5MW,风电场安装33台单机容量为1500kW的风电机组,机组出口电压0.62kV,配套选用33台箱式变压器进行升压,风电机组与箱式变的接线方式采用一机一变的单元接线方式。
箱式变采用容量为1600kVA的油浸式双绕组无励磁调压升压箱式变压器。
风电场采用2回35kV架空线路输送电能。
风机主要构成:风力发电机组由风轮、传动系统、偏航系统、液压系统、制动系统、发电机、控制与安全系统、机舱、塔架、变频器和基础等组成。
输变电设备构成:箱式变压器、集电(架空)线路、高压配电装置、主变构成。
流程:机组通过风力推动叶轮旋转,再通过传动系统增速来达到发电机的转速后来驱动发电机发电,有效的将风能转化成电能,并通过变频器与箱式变压器相连,及并网发电。
发电后电能通过集电线路、高压配电装置汇集到主变低压侧,经过主变升压后并入电网。
Freqcon变流器采用二极管整流+BOOST DC/DC变换+逆变的AC-DC-AC电力变换形式。
整个电路可分为两个部分:整流和逆变。
通过二极管整流将发电机发出的不稳定的交流电(1.5MW电机转速0~17.3rpm,电机电压0~720Vac,电压频率0~12.7Hz)变换成直流电;再通过逆变单元,把直流电逆变成与电网电压、频率、相位相匹配的交流电送入电网逆。
下面分别简单介绍主电路各部分的功能:1电机侧功率补偿电容
由于Freqcon变流器采用被动整流模块,对于发电机而言变流器系统可以近似为一个RCD非线性负载。
电机侧补偿电容的功能是为了提高对非线性负载虚功的补偿,从而使
发电机端功率因数近似为1(即发电机电压与电流同相位),从而提高系统利用率。
2二极管整流
Freqcon采用两套三相全桥不可控整流方式,将发电机发出的电压和频率不稳定的交流电变换成直流电,与全桥并联的电容起到平波的作用。
由于采用的是二极管整流,能量无法双向流动,因此Freqcon变流器不能实现电机的反向拖动。
二极管整流后电压与发电机转速及功率有关。
3斩波升压
风电系统中,变流器发电机侧电路的主要功能是从发电机最大可能的拉取功率,注入直流母线。
这里涉及的控制问题主要有两个:控制升压电流为给定直流量,以保证发电机运行的稳定性;设定Boost电流参考,保证风力发电机工作在最大功率点附近(或按照设定功率曲线运行)。
在我们的系统中,设定Boost电流参考,保证系统工作按照设定功率曲线运行的功能由主控GH策略完成。
主控根据GH策略计算得到的发电机所需扭矩×发电机转速/二极管整流后电压,即得到Boost电流设定,并通过通讯电缆将设定指令传递给变流器。
控制升压电流为给定直流量,保证发电机运行的稳定性则由这里的斩波升压电路实现。
Freqcon变流器采用了boost直流升压斩波电路,斩波升压输出侧直接与网侧逆变
直流侧相连,并联三重斩波(载波相位相差120°)方式减小了发电机侧和逆变侧的电流波动。
斩波升压三支IGBT模块(IGBT1~IGBT3),只有下桥臂和上桥臂反并联的二极管起作用。
并联的支撑电容(实际中分散在各个模块内部)中点与“地”相连,将直流母线电压分成+/-600Vdc,构成了三相四线制逆变器拓扑电路的中性点。
4制动单元
正常运行时,当变流器检测到直流母线电压过高(超过+/-610Vdc),制动单元工作,通过制动电阻(与IGBT4模块上桥臂并联,上桥臂不作用)、IGBT4模块下桥臂,释放直流母线上过多的能量,维持母线电压。
变流器检测到低电网电压低于额定电压90%时,向主控发送低电压穿越标志位,进入低电压穿越状态;若变流未给出低电压穿越标志位(未检测到电网电压跌落),主控会报电网电压低故障。
5放电回路
放电回路是在变流器停机后将母线上残留的能量通过放电电阻消耗掉,保护机械设备和人身安全。
其本质是给母线上的电容放电,放电回路在变流器运行期间不起作用。
6网侧逆变
变流器网侧电路的主要功能是稳定直流母线电压在设
定工作点,同时向电网输送电能。
逆变单元是三相全桥有源逆变,将直流电转变成频率为50Hz电压为620V,相位与电网同相位的稳定的交流电,再经过变压器与电网相连。
网侧六支IGBT模块构成三相,每相两支通过网侧电抗器相连。
同相两支IGBT模块载波信号有180°的相差,用以减少汇入电网的谐波电流。
7预充电回路
在闭合网侧空开之前,需要给直流母排进行预充电,因为直流母排上带有大容量电容器,若不预充电,则在闭合网侧空开时会对变流系统及电网造成很大的电流冲击。
预充电时,预充电继电器动作预充电回路闭合。
网侧620Vac通过限流电阻、网侧电抗、网侧逆变单元来给直流母线充电。
在此过程中,与网侧IGBT反并联的二极管起到整流二极管的作用。
在母线电压达到+/-420Vac,网侧主空开闭合预充电完成。