风力发电机组的基本运行流程解析

以一台由变桨距风轮—双速异步发电机构成的风电机组的并网运行为例，说明风力发电机组的基本运行过程。

图10-1所示为风力发电机的基本运行过程，过程如下。

1.系统检测与起动准备

运行前控制系统将对风速风向状况、电网和风力发电机组的状态作自动测试，状态测试结果满足以下标准时方能达到运行必备条件。

（1）风速与风向。连续10min时间，风速在风力发电机组运行风速范围内（3.0m／s＜v＜25m／s），风向无突变。

（2）电网。电网频率在设定范围内；三相完全达到平衡；连续10min内，电网无过电压；在0.1s内跌落值小于设定值。

（3）风电机组与控制系统。风力叶片处于顺桨位置；发电机温度、增速器润滑油温在规定值范围以内；液压系统所有部位各自的压力都达到设定值；液压油箱油位和增速器齿轮润滑油油位正常；机械刹车摩擦片正常；电缆缠绕开关复位；控制系统DC24V、AC24V、DC5V、DC±15V电源供电正常；非正常停机后，控制屏显示的所有故障均排除；手动开关处于运行位置。

（4）起动准备。上述条件完全满足时，控制程序开始执行“风轮对风”与“制动解除”指令。

图10-1　风力机的基本运行过程

1）风轮对风。偏航角度通过风向仪测定。角度确定后延迟10s，才执行向左向右的偏航调整，以避免风向扰动情况下的频繁动作。调整前先释放偏航刹车，1s后偏航执行机构根据指令执行左右偏航。偏航停止时，偏航刹车投入。

2）制动解除。当起动条件全部满足时，控制机械盘式制动器，压力油进入液压缸，松开盘式制动器。

2.静止状态

风轮处于顺桨位置，机械刹车未投入，风轮缓慢转动，便于排出叶片中的积水，可消除额外的离心载荷，避免冬季结冰，胀裂叶片。此时，由操作台手动可使风轮停止。

3.起动

按动正常运行按钮后，叶片达到叶尖70°攻角的起动位置，风轮转动速度加快。

4.等待状态(www.xing528.com)

当风力转速超过3r／min，但此时风速尚不足以将风力发电机组拖动到切入的转速，或者风力发电机从小功率发电状态切出，还未重新并入电网时，机组自由转动，称为等待状态。这时控制系统做好切入电网的一切准备；机械刹车已松开；液压系统的压力保持在设定值上；风况、电网和机组的所有状态参数均在控制系统连续监测之中。

5.空载高速运行加速状态

控制桨距角使风轮加速到额定转速以下，在风轮超过某转速时，发电机转速和电网频率同步。

6.低负荷Ⅰ运行

在转速接近小功率发电机同步转速的时刻，连接在发电机与电网之间的开关元件——晶闸管被触发导通（这时旁路接触器处于断开状态），晶闸管导通角随发电机转速与同步转速的接近而增大。当达到小功率发电机1000r／min的同步转速时，晶闸管导通角完全打开，经1s时间，旁路接触器吸合，发出吸合命令1s内应收到旁路反馈信号，否则旁路投入失败，正常停机；在旁路接触器吸合、晶闸管导通角继续完全导通的短暂时间内，绝大部分电流通过旁路接触器输送给电网，因为旁路接触器比晶闸管电路的电阻小得多；此后，在旁路反馈信号作用下，晶闸管停止触发，风力发电机组进入低负荷正常发电状态。

小功率发电机并网过程中，电流一般被限制在大发电机额定电流以下，如超出额定电流时间持续3s，可以断定晶闸管故障，需要安全停机，由于并网过程是在转速达到同步转速附近进行的，这时转差率较小，冲击电流不大。

这一阶段的运行中，叶片叶尖攻角取最佳运行角（2°）。若5min内测量所得发电机功率值全部大于低负荷运行额定值，说明风速已足够使机组升到第Ⅱ级的高负荷段运行。

7.负荷Ⅰ-Ⅱ和负荷Ⅱ-Ⅰ的切换

执行从低负荷Ⅰ向高负荷Ⅱ的切换时，首先断开小发电机接触器，再断开旁路接触器；此时，小发电机脱网，风力机带动发电机转速迅速上升，达到大发电机1500r／min同步转速附近时，执行大发电机的软并网程序。

当10min内大发电机功率持续低于设定值时，控制系统将执行负荷Ⅱ-Ⅰ的切换，大发电机接触器和旁路接触器一次先后断开；脱网后，发电机转速将在原来高于1500r／min基础上进一步上升。由于转速连续检测和超速保护，只要转速低于超速保护的设定值，系统就开始执行小发电的软并网，并有电网负荷将发电机转速拖到略高于小发电机的同步转速。

8.高负荷Ⅱ运行

大发电机输出功率。部分负荷时，依据风速大小，调整发电机转差率使风力机尽量运行在最佳叶尖速比上。大风时变桨距功率调节系统有风速的低频风量和发电机转速控制，而风速高频风量产生的机械能波动则以发电机转速的迅速改变加以平衡，即通过发电机转子电流控制器以发电机转差率的变化吸收或释放风轮获得的瞬间风能，使风力机的输出功率特性达到理想状态。风速超过30m／s，叶片叶尖攻角超过30°时，风力发电机回到等待状态直到低风速为止。

9.正常停机

如风况仍无改善，机组将由等待状态返回到静止状态，甚至返回到停机状态。

上述运行步骤是自动进行的；故障发生时刻自动停机，也允许手动停机，这取决于这一时刻的故障情况是稳定、渐变的还是不稳定、突发的。

10.紧急停机

发电机与电网脱离，两部机械刹车同时投入，叶片顺桨起到空气动力刹车的作用，使机组很快停止下来。