金风3MW机组电气及并网特性说明.pdf
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金风3MW系列风力发电机组电气及并网特性说明Q/GWDKSJ3000SS-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.44.5.1LVRT和HVRT.44.5.2频率穿越.54.6电能质量.54.7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.6Q/GWDKSJ3000SS-001-2010为人类奉献蓝天白云,给未来留下更多资源PreservingwhitecloudsandblueskyforhumanbeingsandreservingmoreresourcesforfutureII前?
言本标准参照GB/T1.1-2009给出的规则起草。
本标准替代Q/JFDKSJ3000SS-001-2010A0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:
-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/GWDKSJ3000SS-001-2010为人类奉献蓝天白云,给未来留下更多资源Preservingwhitecloudsandblueskyforhumanbeingsandreservingmoreresourcesforfuture1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;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情况和客户需求进行调整。
Q/GWDKSJ3000SS-001-2010为人类奉献蓝天白云,给未来留下更多资源Preservingwhitecloudsandblueskyforhumanbeingsandreservingmoreresourcesforfuture23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690V额定有功功率3000kW额定视在功率3243(功率因数=0.925)kVA额定频率50Hz功率因数1.0(默认设定);调节范围:
-0.925(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)3200A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)0.9Uratedp.u.0.1过压保护(需要符合电力系统常规要求)1.1Uratedp.u.3低频保护(需要符合电力系统常规要求)95%额定频率Hz0.1高频保护(需要符合电力系统常规要求)105%额定频率Hz0.1过流保护3200A0.1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)A1相电压不平衡保护60V3过载保护3300kW1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3300kVA由客户确定二次侧额定电压0.690kV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/GWDKSJ3000SS-001-2010为人类奉献蓝天白云,给未来留下更多资源Preservingwhitecloudsandblueskyforhumanbeingsandreservingmoreresourcesforfuture3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1kV-电缆型号及其根数YJV22-0.6/1kV-8(3240mm2+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,EnergyManagementPlatform),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风机无功功率调节范围&PQ曲线如下图4.2所示:
0.20.40.60.81.01.21.41.61.82.02.22.43006009001232-300-600-900-12320MWkVAr0.925功率因数0.925功率因数2.62.83.0图4.2金风3MW风机无功功率调节范围Q/GWDKSJ3000SS-001-2010为人类奉献蓝天白云,给未来留下更多资源Preservingwhitecloudsandblueskyforhumanbeingsandreservingmoreresourcesforfuture4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%-12321232Yes电压控制2s|U|10%-12321232Yes注1:
|U|10%时EMP停止工作,风机的低电压穿越(LVRT)或高电压穿越(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)3600.15NormalOperationStateLVRTStateHVRTState00%图4.3风机运行电压范围4.4频率运行范围金风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4.5.1LVRT和和HVRTQ/GWDKSJ3000SS-001-2010为人类奉献蓝天白云,给未来留下更多资源Preservingwhitecloudsandblueskyforhumanbeingsandreservingmoreresourcesforfuture5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_maxInK=(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/T12325-2008、GB12326-2008、GB/T14549-1993、GB/T159452008、GB/T15543-2008、GB/T203202006。
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2932);Q/GWDKSJ3000SS-001-2010为人类奉献蓝天白云,给未来留下更多资源Preservingwhitecloudsandblueskyforhumanbeingsandreservingmoreresourcesforfuture6DIgSILENT14.0。
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(IEC61400-1to-21、GL标准“GuidelinefortheCertificationofwindturbines,Edition2010”)。
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):
EN60034-1Rotatingelectricalmachines-Part1:
RatingandperformanceEN60034-2Rotatingelectricalmachines-Part2:
Methodsfordetermininglossesandefficiencyofrotatingelectricalmachineryfromtests(excludingmachinesfortractionvehicles)EN60034-5Rotatingelectricalmachines-Part5:
Degreesofprotectionprovidedbytheintegraldesignofrotatingelectricalmachines(IPcode)EN60034-6Rotatingelectricalmachines-Part6:
Methodsofcooling(ICCode)EN60034-9Rotatingelectricalmachines-Part9:
NoiselimitsEN60034-14Rotatingelectricalmachines-Part14:
Mechanicalvibrationofcertainmachineswithshaftheights56mmandhigher-Measurement,evaluationandlimitsofvibrationseverityEN60034-15Rotatingelectricalmachines-Part15:
Impulsevoltagewithstandlevelsofrotatinga.c.machineswithform-woundstatorcoilsEN60034-18-1Rotatingelectricalmachines-Part18:
FunctionalevaluationofinsulationQ/GWDKSJ3000SS-001-2010为人类奉献蓝天白云,给未来留下更多资源Preservingwhitecloudsandblueskyforhumanbeingsandreservingmoreresourcesforfuture7systems-Section1:
GeneralguidelinesEN60034-18-31Rotatingelectricalmachines-Part18:
Functionalevaluationofinsulationsystems-Section31:
Testproceduresforform-woundwindings另外,仅仅对于变流器而言,被引用的重要标准还有如下:
FundamentalstandardEN50178“Electronicequipmentforuseinpowerinstallations”:
IEC61800-1andIEC61800-1“Adjustablespeedelectricalpowerdrivesystems”_
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- 金风 MW 机组 电气 并网 特性 说明