1、 密级：Goldwind Science&Technology Co.,L 版 本：B0 编 制：校 对：审 核：标准化：批 准：日 期：金风 3MW 系列风力发电机组 电气及并网特性说明 Q/GW DK SJ3000SS-001-2010 目 次 目 次.I前言.II金风 3MW 风力发电机组电气及并网特性说明.11 范围.12 风机系统概述.13 电网侧额定数据.24 风机电网接入性能.34.1 有功功率控制.34.2 无功功率控制.34.3 电压运行范围.44.4 频率运行范围.44.5 故障穿越.44.5.1 LVRT 和 HVRT.44.5.2 频率穿越.54.6 电能质量.54.7
2、 风机模型.55 金风 3MW 风机电网侧接地系统.66 金风 3MW 风机设计标准.6 Q/GW DK SJ3000SS-001-2010 为人类奉献蓝天白云，给未来留下更多资源 Preserving white clouds and blue sky for human beings and reserving more resources for future II 前?言 本标准参照GB/T 1.1-2009给出的规则起草。本标准替代Q/JF DK SJ3000SS-001-2010 A0金风3000kW系列风力发电机组电气及并网特性说明A0版，与A0版相比B0版发生的主要技术变化如下
3、：-使本文同时适合 3MW 直驱风，见 B0 版条款 3；-修改了有功/无功功率控制描述，增加了 EMP 系统功能说明，见 B0 版本条款 4.1/4.2；-低电压穿越曲线被更新，见 B0 版图 4.3；-增加了高电压穿越曲线，见 B0 版图 4.3；-修改了频率运行范围，见 B0 版条款 4.4；-增加了故障穿越过程中的无功电流响应曲线，见 B0 版图 4.5；-增加了关于风机动态模型的说明，如 B0 版条款 4.7-增加了关于风机接地系统的说明，如 B0 版条款 5 本标准由金风科技股份有限公司提出并归口。本标准由金风科技股份有限公司电控技术中心并网技术部负责起草。本标准主要起草人：艾斯卡
4、尔 本标准代替标准的历次版本发布情况见下表：编制人 批准日期 版本 使用状态 版本沿用情况说明 艾斯卡尔 2010年7月5日 A0 作废 Q/GW DK SJ3000SS-001-2010 为人类奉献蓝天白云，给未来留下更多资源 Preserving white clouds and blue sky for human beings and reserving more resources for future 1 金风3MW风力发电机组电气及并网特性说明 1 范围范围 本技术说明阐述了金风科技3MW系列风力发电机组(，以下简称3MW风机)接入电力系统技术特性。本技术说明适用于金风科技3MW
5、风机。另外，根据中国相关技术标准和国内市场需求，本技术说明同时也是金风3MW风机应具备的并网技术特性。注：注：对 3MW 风机而言，发电机输出的全部功率通过 3MW 全功率变流器注入电网，风机的并网特性由变流器电网侧的技术性能决定。2 风机系统概述风机系统概述 金风直驱3MW风机采用了无增速齿轮箱、叶轮直接驱动多极低速永磁同步发电机的变速恒频风力发电技术，如图2.1.1所示。金风 3MW 风机是一种变桨调速型风机，可使其运行在最佳转速下，进而获取更大风能。针对风机并网特性而言，主要优点概括如下，详细描述见“金风3MW系列风力发电机组 技术参数及产品描述”：具备零电网冲击、友好的低电压穿越能力；
6、并网友好型风机，具体体现在有功功率、无功功率和电压控制方面；优质的电能输出，电能品质好，如闪变、谐波等。叶片永磁同步发电机100kVA(0.69/X)kV3300kVA机械能源电力能源能量变换环节（变流器）主回路电机侧断路器整流器直流电容制动系统逆变器辅助电源变压器低压侧断路器或隔离开关电网侧升压变压器高压侧断路器风电场电网 图 2.1.1 金风直驱 3MW 风机主回路拓扑结构图 发电机输出的全部功率通过 3MW 变流器注入电网，即风机通过变流器并网，风机的并网电气特性独立于发电机，因此风机的并网特性由变流器电网侧的技术性能决定。电网侧的保护设定，如过压/欠压保护、过频/低频保护可根据当地电网
7、情况和客户需求进行调整。Q/GW DK SJ3000SS-001-2010 为人类奉献蓝天白云，给未来留下更多资源 Preserving white clouds and blue sky for human beings and reserving more resources for future 2 3 电网侧额定数据电网侧额定数据 表 3.1 风机电网侧额定输出参数 参数名称 量值 单位 相数 3-额定线电压有效值 690 V 额定有功功率 3000 kW 额定视在功率 3243（功率因数=0.925）kVA 额定频率 50 Hz 功率因数 1.0（默认设定）；调节范围：-0.925（
8、超前）+0.925（滞后）-无功功率调节范围-1232（容性）+1232（感性）kVar 表 3.2 风机电网侧短路电流 参数名称 量值 单位 最大短路电流(可控)3200 A 表 3.3 风机电网侧保护默认设置 保护参数保护参数 保护设定值保护设定值 单位单位 时间延迟时间延迟(s)欠压保护(需要跟 LVRT 保护相配合，需快速 LVRT 状态识别)0.9 Urated p.u.0.1 过压保护(需要符合电力系统常规要求)1.1 Urated p.u.3 低频保护(需要符合电力系统常规要求)95%额定频率 Hz 0.1 高频保护(需要符合电力系统常规要求)105%额定频率 Hz 0.1 过流
9、保护 3200 A 0.1 相电流不平衡保护（电流不平衡度可控）P*0.05+350(P:有功功率瞬时值)A 1 相电压不平衡保护 60 V 3 过载保护 3300 kW 1 注：根据电网的实际状况，表格3.3的保护整定可以适当调整.表 3.4 电网侧升压变压器参数要求 参数名称参数名称 量值量值 单位单位 备注备注 额定容量 3300 kVA 由客户确定 二次侧额定电压 0.690 kV 一次侧额定电压由客户确定短路阻抗 6%8%-联接组别 Dyn,-Dyn5 或 Dyn11 相数/绕组数 三相/双绕组-中性点接地方式 接地-690V 侧中性点接地 调压方式 无载调压，无励磁分接开关，分接范
10、围：22.5%-42.5%更好 注：一台风机建议配备一台升压变压器；风机与变压器之间的监控通讯信息由项目所需而定。变压器建议安装在塔外，与风机塔架就近安装。在高压侧建议配备合适的防雷设备。Q/GW DK SJ3000SS-001-2010 为人类奉献蓝天白云，给未来留下更多资源 Preserving white clouds and blue sky for human beings and reserving more resources for future 3 表 3.5 电网侧升压变压器低压电缆规格要求 技术参数 量值 单位 备注 额定线电压有效值 1 kV-电缆型号及其根数 YJV2
11、2-0.6/1kV-8(3240 mm2+1120mm2)-四芯铜导体电缆，则每相需要接 8 根 240mm2电缆，N 线需 8 根 120mm2 电缆。安装要求 不建议用金属穿线管 注：如果业主需要单方面更改电缆设计，必须提前以书面文件通知金风科技予以确认。4 风机电网接入性能风机电网接入性能 4.1 有功功率控制有功功率控制 金风 3MW 风机可实现风机最大输出有功功率和有功功率上升变化率的控制，接收并自动执行来自电力调度部门或者金风科技研制的能量管理平台（EMP 系统）远方发送的有功功率控制信号。其中，风机最大有功功率上升变化率控制目标值为：15%*额定功率/秒。电网频率的下降不导致风机
12、输出有功功率的下降，即在规定的运行频率范围之内能够保证正常输出（有足够风的情况下）。金风科技研制的风电场能量管理平台（EMP,Energy Management Platform），可以实现风电场并网点（PCC）的有功功率控制，控制功能包括：PCC 点最大输出有功功率控制；PCC 点输出有功功率上升率控制；在有功功率控制过程中，EMP 可以对当时的风电场有功功率输出能力进行动态估算。4.2 无功功率控制无功功率控制 接收并自动执行来自电力调度部门或者金风科技研制的能量管理平台（EMP 系统）远方发送的无功功率控制信号。在无风情况下，风机按照电网要求可提供一定的无功功率。金风 3MW 风机无功功
13、率调节范围&PQ 曲线如下图 4.2 所示：0.2 0.4 0.6 0.8 1.0 1.2 1.4 1.6 1.8 2.0 2.2 2.43006009001232-300-600-900-12320MWkVAr0.925 功率因数0.925 功率因数2.6 2.8 3.0 图 4.2 金风 3MW 风机无功功率调节范围 Q/GW DK SJ3000SS-001-2010 为人类奉献蓝天白云，给未来留下更多资源 Preserving white clouds and blue sky for human beings and reserving more resources for futur
14、e 4 在默认控制方式下，风机电网侧输出端的功率因数为 1.0，除非 EMP 下达无功功率调节命令。金风科技 EMP 系统，根据风电场 PCC 点的电压调节给定值或无功功率调节给定值实现风电场并网点（PCC）电压或无功功率的动态连续调节。默认设置方式如表 4.2 所示：表 4.2 基于金风 EMP 系统的风电场无功功率&电压控制 控制目标 响应时间 触发条件 风机无功功率调节能力(kVar/台)远程控制 无功功率控制 2s|U|5%-1232 1232 Yes 电压控制 2s|U|10%-1232 1232 Yes 注 1：|U|10%时 EMP 停止工作，风机的低电压穿越（LVRT）或高电压
15、穿越（HVRT）自动激活。注 2：风电场 PCC 点的无功功率&电压控制不仅取决于单个风机的无功功率调节能力，而且更大程度上取决于风电场电网构造和主变处的集中无功功率补偿方式。.U=(额定电压-测试电压)/额定电压)100%.4.3 电压运行范围电压运行范围 金风 3MW 风机正常运行电压偏差范围为（90%110%）额定电压。非正常运行电压范围如下图 4.3 所示，在阴影区域风机始终保持联网工作状态。115%110%90%85%U (pu)t (s)3600.15Normal Operation StateLVRT StateHVRT State00%图 4.3 风机运行电压范围 4.4 频率
16、运行范围 金风 3MW 风机正常运行频率偏差范围为（95%105%）额定频率。4.5 故障穿越故障穿越 4.5.1 LVRT 和和 HVRT Q/GW DK SJ3000SS-001-2010 为人类奉献蓝天白云，给未来留下更多资源 Preserving white clouds and blue sky for human beings and reserving more resources for future 5 在电网故障情况下，金风风力发电机组有特定的保护响应功能，即低电压穿越功能（LVRT）和高电压穿越（HVRT）功能，如图 4.3 所示。在非正常运行电压范围内,（0%90%）额
17、定电压或(110%115%)额定电压，如图 4.3，风力发电机组始终保持联网运行状态，而且通过变流器电网侧无功电流的控制支持故障电压的恢复，如图4.5。故障被消除以后，风机的有功功率输出以每秒/（15%额定功率）的速度恢复到正常发电状态。故障穿越过程结束后，不出现电压、有功功率或无功功率的振荡，平稳过渡到正常发电状态。注：注：风机默认的出厂设置已经含有 LVRT 功能，HVRT 作为特殊功能选项可由客户选择决定。(如图 4.3 和图 4.5)。U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
18、机组额定电流Ir=Ir-Ir010%15%-50%-100%-10%-85%-100%30%响应时间 t=20msU/Un(%)Ir/In(%)Ir_max InK=（Ir/In）/(U/Un)2 图 4.5 风机电压故障过程中无功电流响应 4.5.2 频率穿越频率穿越 得益于全功率 IGBT 变流器，金风 3MW 风机频率穿越范围（95-105%）额定频率。4.6 电能质量电能质量 对风机而言，需要关注的电能质量指标主要指谐波和闪变。金风 3MW 风机各项电能品质指标均符合国内相关标准 GB/T 12325-2008、GB 12326-2008、GB/T 14549-1993、GB/T 15
19、9452008、GB/T 15543-2008、GB/T 203202006。4.7 风机模型风机模型 可分别提供基于如下软件平台的风机模型：PSS/E（版本号 29 32）；Q/GW DK SJ3000SS-001-2010 为人类奉献蓝天白云，给未来留下更多资源 Preserving white clouds and blue sky for human beings and reserving more resources for future 6 DIgSILENT 14.0。5 金风金风 3MW 风机电网侧接地系统风机电网侧接地系统 图 5.1 风电机组电网侧接地方式 6 金风金风
20、3MW 风机设计标准风机设计标准 本文描述的金风 3MW 风机的设计符合国际上最新的风机设计标准，如最新 IEC 标准（IEC 61400-1 to-21、GL 标准“Guideline for the Certification of wind turbines,Edition 2010”）。另外，风机电网接入性能的设计兼顾了欧洲等发达地区的风电场电网接入标准。针对风电机组而言，被引用的主要标准如下（直接以英文名称给出）：EN 60034-1 Rotating electrical machines-Part 1:Rating and performance EN 60034-2 Rotat
21、ing electrical machines-Part 2:Methods for determining losses and efficiency of rotating electrical machinery from tests(excluding machines for traction vehicles)EN 60034-5 Rotating electrical machines-Part 5:Degrees of protection provided by the integral design of rotating electrical machines(IP co
22、de)EN 60034-6 Rotating electrical machines-Part 6:Methods of cooling(IC Code)EN 60034-9 Rotating electrical machines-Part 9:Noise limits EN 60034-14 Rotating electrical machines-Part 14:Mechanical vibration of certain machines with shaft heights 56 mm and higher-Measurement,evaluation and limits of
23、vibration severity EN 60034-15 Rotating electrical machines-Part 15:Impulse voltage withstand levels of rotating a.c.machines with form-wound stator coils EN 60034-18-1 Rotating electrical machines-Part 18:Functional evaluation of insulation Q/GW DK SJ3000SS-001-2010 为人类奉献蓝天白云，给未来留下更多资源 Preserving w
24、hite clouds and blue sky for human beings and reserving more resources for future 7 systems-Section 1:General guidelines EN 60034-18-31 Rotating electrical machines-Part 18:Functional evaluation of insulation systems-Section 31:Test procedures for form-wound windings 另外，仅仅对于变流器而言，被引用的重要标准还有如下：Fundamental standard EN 50178“Electronic equipment for use in power installations”:IEC 61800-1 and IEC 61800-1“Adjustable speed electrical power drive systems”_
