双馈风电机组转速控制与失控分析.docx

双馈风电机组转速控制与失控分析风电机组是在无人干预条件下按主控程序设定全自动运行及自动启停。除超出机组正常运行范围或人为停机外，在满足运行条件时，应保证机组长期稳定运行。运行机组如频繁出现超速停机，不仅严重影响机组发电、对机组及部件寿命极为不利，也无法满足在设计风速段内长期稳定运行的要求。笔者在《双馈风电机组的转速控制与超速参数设置》一文中，对转速控制和超速参数设置进行了阐述。不同地区风电场多种机型机组的多年现场运行实践说明，该转速控制逻辑、超速停机设置方法以及超速参数值，对同步转速为1500rpm，运行范围在1000～2000rpm的变速变桨双馈1.5MW风电机组具有广泛的适应性。本文将继续对其转速控制的合理性进行分析，并结合具体的机组转速失控与飞车案例作进一步阐释。转速控制逻辑与参数值设定在制定转速控制逻辑和设定转速控制参数值时，应从整机考虑，使各部件相互协调，并实现多个目标。如：保障机组及部件平安;保证机组长期稳定运行;充分保证叶轮储能，提高发电量，减小风速变化对机组部件的不利影响，减小功率波动对电网的冲击;应有利于机组报故障准确，便于分析判断机组故障，并及时准确地说明机组的运行及故障状态等。一、“极限阵风”程序的意义和作用主控“极限阵风”程序的顺利执行，对保证机组在复杂工况下长期稳定运行起着关键性的作用。当风况较为稳定时，机组通过主控程序设置的“额定转速”“额定功率”等主控参数，把机组的并网转速相对稳定地控制在运行范围之内，保证在通常情况下的长期稳定运行;当出现阵风或极端风况时，叶轮转速急剧上升，转速超过1960rpm且时间超过0.2秒时，机组开始顺桨限速，通过执行主控的“极限阵风”程序，在短时间内降低机组额定转速，保证极端风况下机组不会超出最高运行转速，并保证机组最大限度地储能，减小机组振动，防止机组的重要部件〔桨叶、齿轮箱、塔简等〕受到冲击并保证机组输出功率的稳定。在执行“极限阵风”程序时，只报警不停机，从而保证了机组在不稳定风况下长期稳定运行。二、多重超速停机保护保障机组平安变速变桨风电机组的变桨系统相对独立。变桨系统的变桨控制器和变桨驱动器都有各自的控制程序，除了按主控程序命令执行外，在适当的条件下，变桨控制器和变桨驱动器还可以根据外界条件的变化，按照部件程序的设定自动执行顺桨。在即将超出或已经超出机组运行范围时，由变桨控制器执行“变桨自主运行”程序停机，控制机组转速，保证机组平安。当齿轮箱高速轴测速探头测得转速超出1950rpm时，机舱硬件超速模块触发，并通过机舱到轮毂的接线和滑环把信号传递给变桨控制器。根据变桨控制器程序设定，在延时0.3秒〔期间，高速轴转速始终处于大于或等于1950rpm的状态〕后，执行“变桨自主运行”顺桨停机，保障机组平安。当执行顺桨停机时，变桨控制器同时把信息传递给主控，由主控执行降负荷停机，并报出“变桨自主运行”故障。但是，如果变桨控制器即将执行或正在执行主控的顺桨命令时，則不执行“变桨自主运行”。一方面，保证了主控“极限阵风”程序的优先执行，也就保证了机组在极端阵风条件下不停机;另一方面，当变桨控制器正在执行主控的其他故障停机命令时，不报出“变桨自主运行”。例如，当机组高转速、高功率因报“变频器故障”，已经执行顺桨停机时，即便到达或超过1950rpm、0.3秒的执行条件，也只报“变频器故障”，不报“变桨自主运行”故障。这就保证了机组报故障明晰准确，也剔除了日后进行“大数据分析”的干扰信息。双馈机组变频器也是一个相对独立的系统，当机组并网转速超出了变频器正常运行范围，会自动甩负荷脱网。“变频器超速”就是通过变频器的超速保护设置实现对变频器及机组的保护。就上文提到的1.5MW机型而言，当机组转速超过2000rpm且时间超过0.1秒，或机组转速超过2050rpm〔没有延时〕时，变频器脱网，并把信号传给主控，由主控执行顺桨停机，从而使双馈发电机转子的开口电压和发电功率等得到有效控制，在不超出其能力范围的情况下，实现对变频器、发电机的保护。当机组触发“变频器超速”故障停机时，机组叶轮转速已经很高，超出了变频器的允许范围，不能执行降负荷停机来限制叶轮转速。而过高的飞升转速对桨叶、齿轮箱和发电机等运动部件都不利，需要及时降速，因此，在停机时，以最大速率执行变桨驱动器顺桨，限制叶轮最高飞升转速。总之，在机组转速过高时，“变桨自主运行”和“变频器超速”两道停机保护指令使机组不致超出最大运行转速过多，实现机组的冗余超速保护。三、“软件超速”“刹车200超速”故障说明机组超速与转速失控上文中的转速控制与超速保护，分别通过主控、变桨以及变频器三个不同部件实现对机组的转速控制，保障机组平安。该超速控制方案还由主控程序设定了三道“软件超速”停机指令，为瞬间触发，执行没有延时的最大速率变桨驱动器顺桨。现场实践说