1.5MW双馈风力发电机电气原理图(精)
1.5MW风机主控及电气回路
一、双馈机组技术介绍，二、控制系统介绍，三、通讯及安全链系统，四、重要设备软硬件，五、控制模式介绍一、双馈机组技术介绍1、双馈机组运行原理2、发电原理介绍变速恒频双馈发电机运行时电机转速与定、转子绕组电压频率关系的数学表达式：f1=（p/120）×nr±f2式中：f1为定子电压频率；p为电机的极数；nr为双馈发电机的转速；f2为转子励磁电压频率。
由上式可知，当转速nr发生变化时，若调节f2变化，可使f1保持恒定不变，实现双馈发电机的变速恒频控制亚同步运行n r＜n1时，（即0＜S＜1）f2取正号，如果忽略各种损耗，则发电机的能量关系为：P电磁=P机械+P转差P上网=P电磁（定子馈电，转子由变频器提供励磁）超同步运行n r＞n1时，（即S＞1）f2取负号，如果忽略各种损耗，则发电机的能量关系为：P机械=P转差+P电磁P上网=P转差+P电磁（定子馈电+转子馈电）注：n1为发电机的同步转速。
3、控制策略介绍叶尖速比：叶轮的叶尖线速度与风速之比。
叶尖速比在5-15时，具有较高的风能利用系数Cp。
通常可取6-8 。
二、控制系统介绍1、控制系统结构塔底柜：塔筒柜/变流器机柜机舱柜：变桨控制柜/机舱控制柜2、控制系统硬件组成PLC 主站塔底从站机舱从站（20）：数字量机舱从站（22）：模拟量3、重要卡件介绍PROFIBUS 现场总线主站接口：CX1500-M310CPU：CX1020电源模块：CX1100-0002Profibus总线耦合器：BK3150端子供电模块：KL9210数字输入输出模块：KL1104、KL2134模拟输入模块：KL3204电网检测模块：KL3403：输入：三相电压、电流；计算：电压电流有效值，有功功率、视在功率、电流峰值、频率 安全链模块：KL1904、KL2904、KL6904差分模拟量输入模块：KL3404SSI编码器接口端子：KL5001三、通讯及安全链系统1、Profibus通讯结构Profibus总线终端器Profibus接线顺序：变流器——》Profibus主站CX1500-M310——》塔底柜BK3150（11号站）——》塔底柜光电转换器——》机舱柜光电转换器——》机舱柜BK3150（20号站）——》机舱柜BK3150（22号站）——》变桨系统2、安全链系统安全链是风机的最后一道保护，为一组串联的常闭接线电路，安全链动作会触发紧急停机，系统由3片KL1904，一片KL6904和一片KL2904组成。
1.5MW双馈风力发电机组(陆上型)菲尼克斯UPS
Serv 3,4 7,2 12
Bat.-Select
12
,5
3
5
30
10
20 15
tmax [min]
-''
BAT
-9G1
7,2 Ah
ND 4²
RD
+
LU 4²
BK
-
BU 1.5²
WH 1.5²
BK 0.75²
BK 0.75²BK 0.75²
-2L+ / 10.1
PE
UPS Supply / 12.0 9U1_OK / 12.0 Alarm / 13.7 -M / 11.0
2U 2V 2W 2N PE 1257
346
PE
1U 1V 1W PE
/13.6 /13.6 /13.6
11
11
11
12
12
12
surge PsEuppressor 浪涌电压抑制
-1F3
VAL-MS 400 ST
-1F3.1
VAL-MS 400 ST
-1F3.2
VAL-MS 400 ST
4
5
6
7
-1D7
1
2
13 release mainswitch
14
编制： 日期： 2010-8-7
审核： 日期：
批准： 日期：
变频器
1.5MW双馈风力发电机组（陆上型） 国电联合动力技术有限公司 国电风电设备技术研究所
变频器
.00.00-A-E
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= 塔底柜电气图 +1
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页数
8
-X1 1
L1
双馈风力发电机及控制原理
• Fifth le1v200el 1000
装机容量/万千瓦
800 600
400 200
0 1997 1998 1999 2000 2001 2002 2003 2004 2005 2006 2007 2008
02090.093-.42-0120
年份
5
风力发电简介
双馈电机原理
• C双li馈ck电to机e工dit作M原as理ter text styles
• 电S机e类c型ond level 同步电机
双馈电机
• 励T磁h方ir式d level转子绕组直流励磁 •气隙F磁功o场角u转rth速 le与v转e子l 惯转性子相转关速（机械）
• 转F子if转th速leve固l定（与电网频率同步）
1980
1990
2000
2010
8
风力发电简介
• C定li速ck到to变e速dit的M原as因ter text styles
• S–e追co求n最d 大lev的e风l 能捕获 • T–h减ird小l机ev组el的机械应力
• F风o能u利r用th系数le与v叶e尖l 速比的关系
最大功率点跟踪
• Fifth level
• Third levPes l
A、超同步速发电
•
Fourth
level1 sPs sPs
电阻
• Fifth level a
1
Te
0
s0
1 s Ps
Ps
02090.093-.42-0120
发电机运行
1 s Ps
sPs
电阻
1
d
电动机运行
亚同步运行
风力发电机工作原理及原理图
风力发电机工作原理及原理图风力发电机工作原理及原理图风力发电机工作原理及原理图现代变速双馈风力发电机的工作原理就是通过叶轮将风能转变为机械转距(风轮转动惯量),通过主轴传动链,经过齿轮箱增速到异步发电机的转速后,通过励磁变流器励磁而将发电机的定子电能并入电网.如果超过发电机同步转速,转子也处于发电状态,通过变流器向电网馈电.最简单的风力发电机可由叶轮和发电机两部分构成,立在一定高度的塔干上,这是小型离网风机.最初的风力发电机发出的电能随风变化时有时无,电压和频率不稳定,没有实际应用价值.为了解决这些问题,现代风机增加了齿轮箱、偏航系统、液压系统、刹车系统和控制系统等.齿轮箱可以将很低的风轮转速(1500千瓦的风机通常为12-22转/分)变为很高的发电机转速(发电机同步转速通常为1500转/分).同时也使得发电机易于控制,实现稳定的频率和电压输出.偏航系统可以使风轮扫掠面积总是垂直于主风向.要知道,1500千瓦的风机机舱总重50多吨,叶轮30吨,使这样一个系统随时对准主风向也有相当的技术难度.风机是有许多转动部件的,机舱在水平面旋转,随时偏航对准风向;风轮沿水平轴旋转,以便产生动力扭距.对变桨矩风机,组成风轮的叶片要围绕根部的中心轴旋转,以便适应不同的风况而变桨距.在停机时,叶片要顺桨,以便形成阻尼刹车.早期采用液压系统用于调节叶片桨矩(同时作为阻尼、停机、刹车等状态下使用),现在电变距系统逐步取代液压变距.就1500千瓦风机而言,一般在4米/秒左右的风速自动启动,在13米/秒左右发出额定功率.然后,随着风速的增加,一直控制在额定功率附近发电,直到风速达到25米/秒时自动停机.现代风机的设计极限风速为60-70米/秒,也就是说在这么大的风速下风机也不会立即破坏.理论上的12级飓风,其风速范围也仅为32.7-36.9米/秒.风机的控制系统要根据风速、风向对系统加以控制,在稳定的电压和频率下运行,自动地并网和脱网;同时*齿轮箱、发电机的运行温度,液压系统的油压,对出现的任何异常进行报警,必要时自动停机,属于无人值守独立发电系统单元.风力发电机是将风能转换为机械功的动力机械，又称风车。
双馈风力发电机的工作原理
电机的气隙中形成一个旋转的磁场，这个旋转磁场的转速
n1 称为同步转速，
它与电网频率 f1 及电机的极对数 p 的关系如下：
n1
=
60 f1 p
（3-1 ）
同样在转子三相对称绕组上通入频率为 对于转子本身的旋转速度为：
f 2 的三相对称电流， 所产生的旋转磁场相
1-
n2
=
60 f 2 p
（3-2 ）
.
.
? 1 = - 1- 1 R1 + jX1
E′ I ′ ?
? ? ?
.
2=
.
2
? ?? ?
R2′+ s
? jX 2′??
?
?.
.
.
E E′ I ? 1 = 2 = - m( jX m)
?
.
.
.
? ?
I 1 = I ′2- I m
（3-6 ）
从等值电路和两组方程的对比中可以看出， 双馈电机就是在普通绕线式转子电机
双馈电机的数学模型与三相绕线式感应电机相似， 是一个高阶、 非线性 、 强耦合的多变量系统。为了建立数学模型，一般作如下假设：
a) 三相绕组对称，忽略空间谐波，磁势沿气隙圆周按正弦分布。 b) 忽略磁路饱和，各绕组的自感和互感都是线性的。 c) 忽略铁损。 d) 不考虑频率和温度变化对绕组的影响。
6-
综合超同步和亚同步两种运行状态可以得到下面的一般关系 Pmech 与 P1 的关系为 Pmech = (1- s)P1
P2 与 P1 的关系为 P2 = sP1
超同步时有 Pmech > P1 ，亚同步时有 Pmech < P1 双馈电机的数学模型
上一节我们从双馈电机稳态等效电路以及功率流向的角度分析了双馈电机 的工作原理， 但这对于控制来说是远远不够的， 本节我们将通过从数学模型的角 度来分析双馈电机为下一步的控制做准备。
第二章双馈风力发电机的原理及设计
2.3 双馈异步发电机运行特点
在变速恒频发电中得到广泛应用的交流 励磁双馈发电机，具有定、转子双套绕 组，可以从定、转子两侧回馈能量，兼 有同步发电机和异步发电机的特点.交流 励磁双馈发电机定子三相绕组接入电网， 转子绕组也采用多相平衡绕组（一般为 三相），经交-直-交变频器通入幅值、频 率和相位可调的三相低频励磁电流，变 频器一般经变压器接至电网。
科技质量部根据公司实际情况规划制定项目计划 制造分公司下工作令（根据销售分公司与客户签 订合同的内容如交货时间、数量等下达）
设计部门前期准备，定方案、 结构形式、槽形等并预提设计
工艺部根据设计部预提的方 案设计模具
制造分公司根据设计部预提方案 采购主轴锻件等大型部件的材料
设计部设计，完成设计图纸，包括产品图、文件、包装设计要求等 图纸入库 晒图发图 各车间生产 设计部门负责生产服务 设计部等其他部门根据问题 所在解决问题 营销服务处
二 双馈风力发电机原理及设计
东方电气（乐山）新能源设备有限公司 技术处 蔡梅园
二 双馈风力发电机概况及设计
主ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ内容：
1.风力发电机组的分类及结构 2.双馈风力发电机原理 3.我公司1.5MW双馈风力发电机 4.双馈风力发电机设计
1.风力发电机组的分类及结构
1.1 风力发电机机组的分类
1.1.1从结构上分类。 风力发电机组从结构上可分为两类。 其一是水平轴风力机，叶片安装在水平轴 上，叶片接受风能转动去驱动所要驱动的机械。 水平轴风力机分多叶片低速风力机和1～3个叶 片的高速风力机。如图1。
2.3 双馈异步发电机运行特点
双馈异步发电机的结构与绕线式异步电动机 完全相同，定转子都具有三相对称绕组。但在 运行上具有以下两个特点： 1）、双励磁 定子绕组与电网相联，接受电网励磁使电 机运行在异步状态。转子绕组与变频器相联， 接受由变频器提供的交流励磁，使电机运行在 同步状态。 2）、双反馈 电机将轴上输入的机械功率（风电次机械 功率有风机产生）通过异步及同步两种作用转 换成电能，分别从定子和转子反馈到电网上：
湘电《双馈风力发电机使用与维护》培训讲义
注：n1为发电机的同步转速。
6
1.1 双馈型风电机组构成及原理
当双馈发电机输出的有功功率和转速保持恒定时，调节转子励磁电流可以调 节无功功率，控制功率因数。
当处于“欠励状态”时，定子电流Is超前于电网电压Us，定子电流中有超前 的无功分量，发电机的输出中，有超前的无功功率；当从某一欠励磁状态开始增 加转子励磁电流时，发电机输出的超前无功功率开始减少，从而定子电流中超前 的无功分量也开始减少；达到正常励磁时，无功功率变为零，定子侧电流中的无 功分量也变为零，此时cosφ=1；如果此后继续增加转子励磁电流，将进入“过 励状态”，定子电流Is滞后于电网电压Us，定子电流中有滞后的无功分量，发电 机将输出滞后性的无功功率，随着转子励磁电流的增加，定子电流中滞后的无功 分量也增加。
因此，欠励磁时功率因数超前（容性），过励磁时功率因数滞后（感性）。 双馈发电机具有与同步发电机相似的无功功率调节特性曲线（即“V”形曲线） 。
7
1.1 双馈型风电机组构成及原理
1.1.3 双馈发电机的特点
由于定子直接与电网连接，转子采用变频器供电，因此，系统中的变频器容量仅 取决于发电机运行时的最大转差功率，一般发电机的最大转差率为25%~35%，因 而变频器的最大容量仅为发电机额定容量的1/4~1/3。这样，系统的总体配置费 用就比较低。 具有变速恒频的特性。 可以实现有功功率和无功功率的调节。
9
1.1 双馈型风电机组构成及原理
D. 其它 ➢ 输出电能质量
由于电网本身质量的影响因素和发电机转子绕组所接双向逆变器非正弦电源 的影响因素不易排除，因此，对双馈发电机输出电能的质量很难有个准确合理的 界定，此项性能的考核方法还有待商榷。 ➢ 短路电抗测定
在这里，“短路”的概念指的是发电机的突然三相短路，“电抗”的概念指 的是发电机在突然三相短路的瞬变状态下的超瞬变电抗。这以往是在同步发电机 中需要考虑的一种过渡过程，由于在这一过程中，电流、转矩的变化较大，需要 考虑与发电机相连的电器与机械系统的承受能力，而双馈发电机的工作原理与同 步发电机有一定的相似性，因此，对双馈发电机进行短路电抗测定也开始被提及。
TR-1.5C电气原理图
F
北京华电天仁
电力控制技术有限公司 5 6 7
项目号 图号 8
联合动力1.5MW机组 页号 总页数 10 81
B 修改 1
日期
修改人 2
9
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
A
A
-1G1
-1G2
-1G3
B
B
C
-1F1
40A 6×12V/7.2Ah LC-P127R2 6×12V/7.2Ah 6×12V/7.2Ah
B
C
GND
DATA+
DATA-
GND
CAN-H
CAN-L
外接制动电阻
C
RS485
CAN-Bus
DATAVALID MT
DATAVALID
Track A inv.
Zero setting
Track B inv.
Zero setting
UP/DOWN
Track A
Clock+
Track B
Clock+
Clock-
B -8K2
S.8/4C 13 14
B
C
DI 24VDC＋
1 旁路96°限位开关
2 91°限位开关
3 96°限位开关
4 EFC紧急顺桨
5 电机主接触器
6 至桨叶2变桨 系统联络线路 连接状态
7
8 桨叶2变桨伺服 驱动器准备运行
9 桨叶2变桨系统 电机主接触器
C
24VDCDO
释放制动装置 1
电机加热装置 2
S.6/3E Main S.1/8E
C
风力发电机励磁系统的原理图及说明
发电机系统没有错误, 才返回电网。故障导致的未被证明其正确的命令解除，不会由
开关动作、干扰电压或运行人员们所需的功率和电网电压极限值之间波动而所引起。
3.9 保护原理
变频器供应商应负责发电机定子和转子短路和浪涌保护、以及电路变频器和电缆的设
计。供应商应该通知东汽其所使用的保护原理，为的是以便用户在定货之前明确细节
所必需的保护用可解除的充裕储备量。超过这第 3 种快速连续电压下降限值，发电 机/变频器系统与电网断开。在这种情况下，封锁 15 分钟后电网可再连接。 3.14 增强需求的模式（选项 D） 增强需求的模式用于变频器电网连接端子瞬间压降为 0。此模式的空的要求与扩展 模式相等。变频器制造商应提供此模式的概念和提议。 3.15 电压支持运行 如果压降在准稳定电压值的 90%（缺省值）以下，在变频器电网连接端子提供无功电 流来支持电网电压。触发阀值可根据需要可从 0 到 100%调整。最终，在故障确定后 20ms 之内，变频器可提供因数为 2%（缺省值）系统额定电流的无功电流给每一百分 值电压降。因数可从 0 调到 10%。最大的无功电流由额定电流限定，可通过参数 0 到 100%调整。缺省值设定为 100%。在切回到运行标准模式之前的至少 10 秒钟，变 频器的可运行此功能。东汽可以 0.1 秒的增量从 0.1 调到 10 秒钟。缺省值设定为 3 秒。 只在给定的触发极限超过一次以上时，才可以再触发。 电压支持功能是指变频器减少有功电流和/或有功输出。如果瞬间补偿过程根据第 2 象限的无功输出补偿实现，在电压回复之后不用 400ms 就可以完成。这些补偿过程之 后，电压支持运行立即重新使用。 3.16 电网断开之后电压释放 电网断开后，定子转子电路立即切换到空载状态。8 分钟之内，变频器中间直流电环 节放电到低电压保护值以下。 3.17 防雷击保护 按/NO-7（内部防雷击保护）/确定的给发电机和变频器设计恰当的浪涌保护器件。与 其它防雷击保护区的界面必须装配适当的浪涌保护器件。 3.18 增加要求的防雷击保护（选项 E）
东汽双馈交流励磁风力发电机工作原理
东汽双馈交流励磁风力发电机工作原理东方汽轮机厂作为我国大型发电设备制造企业，在新能源的开发利用中，从潜心学习，默默跟跑，到创造性地实现技术转化，依靠自主创新，实现了国内最大功率的、国产化程度最高的风电机组的规模生产能力，从而成为行业“领头羊”。
2004年11月1日东汽成功引进德国RNpower公司的1500千瓦MD70/77型风电机组，该机组是国内目前最大功率的风能发电机组。
2005年4月，在山东鲁能发展集团的投标中，东汽一具中标7台1500千瓦的MD70/77风电机组，并在年底安装调试完成。
目前，东汽研制生产的全国最大功率的风电机组已在山东荣成落成并网。
“一凤引来百鸟鸣”，新年伊始，东汽与呼伦贝尔过程国华电力公司签下风电机组定单，金额高达3.3亿元人民币，并按用户要求，将在2006年10月份全部安装、调试完毕，形成并网发电能力。
呼伦贝尔风电工程，标志着国内最大功率的峰巅机组不但在东汽形成了批量生产的能力，而且将依托企业的自主创新，达到70%的国产化率的目标。
目前的风电机组多采用恒速恒频系统，发电机多采用同步电机或异步感应电机。
在风电机组向恒频电网送电时，不需要调速，因为电网频率将强迫控制风轮的转速。
在这种情况下，风力机在不同风速下维持或近似维持同一转速。
效率下降，被迫降低出力，甚至停机，这显然是不可取的。
与之不同的是，无论处于亚同步速或超同步速的双馈发电机都可以在不同的风速下运行，其转速可随风速变化做相应的调整，使风力机的运行始终处于最佳状态，机组效率提高。
同时，定子输出功率的电压和频率却可以维持不变，既可以调节电网的功率因数，又可以提高系统的稳定性。
(1) 双馈电机的工作特性双馈电机的结构类似于绕线式感应电机，定子绕组也由具有固定频率的对称三相电源激励，所不同的是转子绕组具有可调节频率的三相电源激励，一般采用交-交变频器或交-直-交变频器供以当双馈电机定子对称三相绕组由频率为f1(f1=P•n1/60)的三相电源供电时，由于电机转子的转速n＝(l-s)n1(s为转差率，n1为气隙中基波旋转磁场的同步速率)。