永磁直驱型风机海上风电送出系统不对称接地及甩负荷电磁暂态研究

为明确海上风电交流送出系统过电压的特征与水平,需考虑风电机组的故障穿越特性。该文结合永磁直驱风机变流器的控制原理,提出海上风电送出系统不对称接地过电压的解析计算方法。基于PSCAD对风电机组进行精确电磁暂态建模与故障电压穿越测试,以国内某500 kV大规模海上风电工程为背景,仿真计算送出系统不对称接地及甩负荷过电压。结果表明:系统不对称接地过电压大小与风机正负序控制策略有关;海缆电网侧甩负荷将产生持续百ms的1.3 pu以上的暂态过电压,风机过电压保护动作延时越长,暂态过电压越严重。实际海上风电工程计算需紧密联系风机控制保护策略及其参数,并综合关键设备耐压水平进行评估,通过风机控制策略优化可以降低系统过电压水平。

全球最大18兆瓦直驱海上风电机组下线

11月10日,由中国东方电气集团有限公司联合中国华能集团有限公司研制,拥有完全自主知识产权的18兆瓦直驱海上风电机组,在福建省福清市东方电气风电(福建)有限公司生产基地顺利下线。这是目前已下线的全球单机容量最大、叶轮直径最大的直驱海上风电机组。

半直驱永磁式海上风电机组的发展

半直驱永磁式全功率变流风电机组是由变桨距风轮驱动中速齿轮箱,再由齿轮箱驱动中速永磁发电机发电,通过全功率变流器向电网馈电的风电机组。目前,这种风电机组在陆上风电场和海上风电场都有应用。陆上风电场应用的主要是5 MW以下功率的半直驱永磁式全功率风电机组,海上风电场应用的主要是5 MW及以上功率的半直驱永磁式风电机组。近年来,欧洲海上风电场已批量应用8 MW及以上功率的半直驱永磁式全功率变流发电机组。

面向海上风电仿真的永磁同步发电机电磁暂态等效建模方法

海上风电的建模与仿真是构建新能源为主体的新型电力系统的关键支撑技术。永磁同步发电机(PMSG)作为直驱或半直驱机型的核心元件,现有模型存在一定的局限性:商业软件提供的灰箱模型无法得知建模原理,开放程度不够,限制了风电机组应用高效电磁暂态建模算法与并行加速算法;目前常用的PMSG建模方法无法生成接口与外电路连接;PMSG是同步发电机的一种,而同步发电机有不同阶数的数学模型,现有模型不便更改。针对上述问题,该文提出阶数可选的PMSG电磁暂态等效建模方法。首先对发电机电压、磁链方程进行离散化;然后通过单步长延时消除代数环,重构PMSG模型,推导得到其诺顿等效电路并构建模型整体仿真框架;最后,在RTDS仿真平台中进行仿真分析。结果表明四阶、二阶模型在场站级仿真具有适用性,而六阶模型实现了对基准模型的多工况高度拟合,平均相对误差小于4%,能够同时满足场站级与机组内部各仿真需求。

大规模海上风电接入对电网频率跌落影响研究

为研究大规模海上风电接入对某沿海地区电网频率跌落的影响,基于PSD-BPA对该电网几种场景下的频率受扰特性进行仿真,分析调频风机对电网频率的影响。结果表明:将火电机组替换为风机后将削弱全系统频率稳定性,随着调频风机增多,对电网调频能力的改善效果逐渐展现;相同容量调频风机在不同区域发挥作用时全系统频率波动情况存在差异;故障发生在风机接入点附近时,风机调频作用更为明显。因此合理配置接入电网的可调频风机,将显著改善频率稳定性。

电流差动保护在海上风电低频送出线路中的适应性分析

低频输电技术在中远距离海上风电领域应用潜力巨大。电流差动保护是广泛应用的传统交流保护,面对电力电子型电源时其性能可能受到影响,故有必要研究其在海上风电低频输电系统中的适应性。文中基于故障复合序网推导了直驱风机和模块化多电平矩阵换流器的电源特性对故障电流的影响,理论分析了电流差动保护的适应性。为定量分析保护适应性,提出了基于改进节点方程的故障电气量计算方法,计算给定故障条件下的故障电流和保护判据取值,判断保护动作情况。研究表明,单相接地和两相短路时保护灵敏度降低,甚至可能拒动;两相接地和三相短路时,保护能正常动作。最后,建立PSCAD/EMTDC仿真模型验证了理论分析和计算方法的正确性。

分频风电系统用于直驱式风机和双馈式风机对比

分频输电系统是通过降低输电频率、提高输电容量来解决高压直流输电运送距离有限这一问题的一种新的输电方法。现在市场上主要有2种风机——直驱式风力发电机和双馈式风力发电机,分频输电系统可以用于这2种风机的海上风电并网。对比直驱式、双馈式风力发电机,将分频海上风电系统用于直驱式风机和双馈式风机,从经济性、风能利用和系统与风机的配合上进行对比,证明分频海上风电系统更适用于永磁直驱式风力发电机。

8.5MW永磁直驱风力发电机突然短路故障仿真

风能作为一种洁净的可再生能源,随着技术逐步成熟,今后的运行成本会低于水电和火电,其发展前景非常广阔。海上风电由于其资源丰富、风速稳定、对环境的负面影响较少,近年来发展迅速,成为风电产业未来的主要发展方向。海上风电对风力发电机的可靠性、可维护性要求更加严格,国内外许多风电的供应商在海上风电技术路线选择上都是直驱。以8.5 MW海上永磁直驱风力发电机为研究对象,利用有限元场路耦合的方法,对发电机的短路故障工况进行了分析,为发电机端部的绑扎、永磁体的选型和变流器的校核提供重要依据。

全球最大18兆瓦直驱海上风电机组下线

18兆瓦海上直驱风电机组在10兆瓦基础上,采用平台化设计,充分发挥东方电气集团永磁直驱和全功率变流技术路线优势,升级打造的并网性能更优越、可靠性更高、度电成本更低的新一代海上主力机型。11月10日,由东方电气集团联合中国华能研制,拥有完全自主知识产权的18兆瓦直驱海上风电机组,在福建省福清市东方电气风电(福建)有限公司生产基地顺利下线。

海上风电场谐振分析的实用计算方法

海上风电场采用海底电缆并网,电缆的容性效应使得其谐波谐振问题突出,为此提出了一种频模分析法,用以分析海上风电场的谐波谐振问题。首先,通过对海上风电场内部各元件进行谐波建模,建立起海上风电场的等效谐波模型。然后,以江苏某海上风电场为例,采用所提出的计算方法对其内部存在的谐振模式进行了分析,并重点考虑了风电机组容量配比和无功补偿设备安装位置的影响,验证了所提出方法的适用性。对算例的分析证明:所提出的实用计算方法结合了模态分析法和频率扫描法的优点,既能够有效确定谐波谐振影响区域,又能够提高计算效率。

大功率海上风电用直驱发电机支座自动化焊接装置及加工工艺的研究

本文重点研究一种大功率海上风电用直驱发电机支座焊接装置及加工工艺,包括焊接机器人、用于固定发电机支座并与焊接机器人对应设置的焊接台以及用于驱动焊接机器人滑动的输送机构,所述焊接台上设置有焊接工装。通过该工艺制得的发电机支座精度较高,整体结构牢固可靠,使用寿命较长,满足了大功率海上风力发电机的工艺需求。

基于FLUENT的风机机舱内主动冷却器布置优化研究

风力发电机组的单机容量随着海上风电发电需求的不断增长而增大,这会导致发电机、齿轮箱等关键部件的发热量随之增加。同时,为防止盐雾侵蚀海上风电机组机舱内重要零部件,需密闭机舱。如果不增加机舱冷却系统,机舱内较高的空气温度会增加风电机组的故障率,严重时可能导致风机停机、部件损坏等现象。本文采用FLUENT软件分析散热器不同位置下的机舱内温度场变化情况,比较不同布置方案下的散热效果,得出了最佳散热布置方式。研究表明:优化后的主动冷却器布置可提高机组冷却系统散热效果,这对海上半直驱风机的机舱冷却系统设计具有参考意义。

资讯

通裕重工助力东方电气亚洲最大海上风电机组成功下线2022年2月22日,东方电气自主研发的亚洲地区单机容量最大、叶轮直径最大的13兆瓦永磁直驱海上风电机组在福州基地成功下线。此次下线机组轮毂中心高度130米,叶轮直径211米,转动一圈,可发电16.2度。通裕重工负责承制的13兆瓦机架产品,单件重量达到58.5吨,长宽高分别达到6.58米、6.23米和5.16米,为机舱内单件最重、最大部件。