. 風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)類(lèi)型
1.1?依據(jù)機(jī)組容量劃分
風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)如果是依照機(jī)組的容量進(jìn)行劃分,一般可以分為四種類(lèi)型,這四種類(lèi)型的容量也存在一定的差異性。第一種:小型機(jī)組。這種類(lèi)型的機(jī)組容量一般在0.1~1kW。第二種:中型機(jī)組。這種類(lèi)型的機(jī)組容量一般在1~1000kW。第三種:大型機(jī)組。這種類(lèi)型的機(jī)組容量一般在1~10MW。第四種:巨型機(jī)組。這種類(lèi)型的機(jī)組容量一般在10MW以上。
1.2?依據(jù)發(fā)電機(jī)運(yùn)行特征及控制方式劃分
如果是依照發(fā)電機(jī)的運(yùn)行特征,或者是依照發(fā)電機(jī)的控制方式,來(lái)進(jìn)行劃分,一般能夠分為兩種。第一種是變速恒頻風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)。這種系統(tǒng)的風(fēng)力機(jī),其轉(zhuǎn)速一般是能夠進(jìn)行調(diào)節(jié)的,并且能夠從一定程度上合理利用風(fēng)能來(lái)提升系統(tǒng)的發(fā)電率。第二種是恒速恒頻風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)。這種系統(tǒng)在當(dāng)今時(shí)期使用的比較少,這一類(lèi)型的系統(tǒng)雖然使用起來(lái)比較便捷,但是,對(duì)于風(fēng)能的利用率一般比較低,且發(fā)電率往往也不高,存在一定的不足。
1.3?運(yùn)行方式分類(lèi)
依照風(fēng)力發(fā)電的運(yùn)行方式來(lái)進(jìn)行分類(lèi),一般可以分為兩種類(lèi)型。首先,是并網(wǎng)型風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)。這種系統(tǒng)和一般的發(fā)電模式相同,一般需要利用大電網(wǎng)來(lái)提升對(duì)風(fēng)能的利用率。其優(yōu)勢(shì)是費(fèi)用較低,在當(dāng)前這一時(shí)期中是比較常見(jiàn)的。其次,是離網(wǎng)型風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)。這種發(fā)電系統(tǒng)一般是獨(dú)立運(yùn)行的,并且這一系統(tǒng)的容量比較小。在一般的城鄉(xiāng)公路中會(huì)比較常見(jiàn)此種系統(tǒng)。
. 弧光保護(hù)原理
2.1電弧光的產(chǎn)生
電弧光是氣體放電的最終形式。當(dāng)圍繞氣體原子的電子被電離為等離子體后,稱(chēng)為游離的自由電子,并在外界因素或較高電場(chǎng)作用下向外輻射電磁波,這種在放電通道周?chē)蛲廨椛涞碾姶挪ň褪请娀」?。根?jù)相關(guān)文獻(xiàn),電弧光的能量主要集中在300~400nm的紫外光波段和500~600nm的可見(jiàn)光波段,中心波長(zhǎng)分別約為330nm和530nm,并且,電弧光具有在紫外光波段的能量大于其在可見(jiàn)光能量的趨勢(shì)。
2.2弧光傳感器
弧光傳感器是一種光感應(yīng)元件。當(dāng)發(fā)生短路產(chǎn)生弧光時(shí),光的強(qiáng)度將突然增加,弧光傳感器內(nèi)電子元件就會(huì)將光信號(hào)轉(zhuǎn)換為電信號(hào),通過(guò)專(zhuān)用光纖將光信號(hào)傳送給弧光采集單元或弧光保護(hù)單元,光電轉(zhuǎn)換在弧光采集單元或弧光保護(hù)單元完成,從而對(duì)后續(xù)的動(dòng)作作出判據(jù)支撐?;」鈧鞲衅鲬?yīng)具有抗干擾能力強(qiáng)、光學(xué)計(jì)量精度準(zhǔn)確、可靠性高等特點(diǎn)。
2.3快速性保護(hù)
電弧光故障的危害程度取決于電弧光電流的大小及切除時(shí)間長(zhǎng)短,電弧光產(chǎn)生的能量I2t與切除時(shí)間T成指數(shù)規(guī)律快速上升,如圖1所示。從圖1可以看出,電弧燃燒持續(xù)時(shí)間超過(guò)100ms,所釋放的能量開(kāi)始急劇增加,接著各種故障效應(yīng)會(huì)對(duì)開(kāi)關(guān)設(shè)備的電纜、銅排等造成嚴(yán)重?fù)p壞,超過(guò)200ms,其能量已達(dá)到柜體燃燒級(jí)別,所以保護(hù)動(dòng)作時(shí)間越快越好。要保證設(shè)備不受結(jié)構(gòu)性損傷,必須盡量縮短切除時(shí)間,根據(jù)相關(guān)標(biāo)準(zhǔn),純弧光跳閘時(shí)間小于10ms,帶電流雙重判據(jù)的動(dòng)作時(shí)間小于20ms。
圖1電弧光的危害示意圖
3.弧光保護(hù)在風(fēng)電中的應(yīng)用
風(fēng)力發(fā)電用電弧光保護(hù)裝置安裝在塔基控制柜內(nèi),主要由主控單元和弧光傳感器等幾部分組成,主控單元用于管理、控制整套電弧光保護(hù)系統(tǒng),通過(guò)檢測(cè)弧光和電流增量信號(hào),并對(duì)收到的單個(gè)信號(hào)或2種信號(hào)進(jìn)行處理、判斷,弧光傳感器安裝在中壓開(kāi)關(guān)柜及塔基變頻器內(nèi)部。在滿足跳閘條件時(shí),發(fā)出跳閘指令以切除故障。弧光傳感器先將檢測(cè)到的弧光信號(hào)傳輸給弧光采集單元,弧光采集單元再通過(guò)光纖信號(hào)反饋給主控單元。
3.1總體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)
在風(fēng)力發(fā)電機(jī)箱變高壓側(cè)、低壓側(cè)、變頻器內(nèi)部分別單一布置弧光傳感器,稱(chēng)之為單判據(jù);若在布置弧光傳感器的同時(shí),一并在變頻器內(nèi)部布置測(cè)量電流的互感器,弧光裝置主控單元將接收到的弧光傳感器信號(hào)及電流的增量信號(hào)同時(shí)進(jìn)行判斷,任意一相電流的增量以及弧光傳感器信號(hào)被觸發(fā),則弧光主控單元向中壓開(kāi)關(guān)柜發(fā)送切除指令,使風(fēng)力發(fā)電機(jī)快速切除電網(wǎng),這種方式稱(chēng)之為雙判據(jù)。
3.2電流監(jiān)測(cè)
采用電流互感器實(shí)現(xiàn)對(duì)變頻器內(nèi)進(jìn)線或出線電流的測(cè)量,電流互感器主要是用來(lái)將交流電路中的大電流轉(zhuǎn)換為一定比例的小電流(中國(guó)的國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)為5A),以供測(cè)量和繼電保護(hù)之用;同時(shí)使測(cè)量、保護(hù)和控制裝置與高電壓隔離。在使用時(shí),它的原線圈應(yīng)與待測(cè)電流的負(fù)載線路相串聯(lián),副邊線圈則與電阻接成閉合回路,工作原理同變壓器類(lèi)似,但具體選型需要區(qū)分是為了用于測(cè)量還是為了用于保護(hù)。保護(hù)設(shè)備要根據(jù)被測(cè)線路特點(diǎn)選型,最后主要從電流比和容量考慮選擇合適的參數(shù)。風(fēng)力發(fā)電機(jī)電流檢測(cè)裝置放置在中壓開(kāi)關(guān)柜柜體進(jìn)線電纜處,共安裝有3個(gè)電流互感器,分別測(cè)量A相、B相、C相電流,電流互感器將測(cè)量到的電流值傳送給弧光主控單元。
3.3主控單元功能設(shè)計(jì)
弧光裝置的主控單元除了完成弧光傳感器和電流互感器的信號(hào)邏輯處理之外,還應(yīng)滿足以下功能:①具有自檢功能,包括裝置硬件故障、軟件故障、弧光傳感器異常等自檢,當(dāng)裝置檢測(cè)到本身故障時(shí),發(fā)出告警信號(hào),同時(shí)閉鎖整套保護(hù);②具備運(yùn)行、裝置異常等狀態(tài)指示;③具有時(shí)間、定值、配置、采集量、動(dòng)作等信息顯示,并有事件記錄、操作記錄查詢(xún)功能;④通訊功能,支持RS485、以太網(wǎng),滿足MODBUS規(guī)約或IEC60870-5-103、104通訊規(guī)約等。
4風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的控制
4.1定槳距控制技術(shù)
定槳距控制技術(shù)要求在風(fēng)力發(fā)電設(shè)備的輪轂上固定好葉片,如果葉片出現(xiàn)失速,便可以對(duì)功率的最大值進(jìn)行控制,以實(shí)現(xiàn)風(fēng)力發(fā)電質(zhì)量控制的目的,而這便是定槳距風(fēng)力發(fā)電機(jī)的工作原理。該項(xiàng)技術(shù)來(lái)自丹麥風(fēng)力發(fā)電機(jī)組技術(shù),運(yùn)用的是槳葉翼型失速理論,能夠使氣流攻角在額定的風(fēng)速上促使機(jī)械設(shè)備達(dá)到特定值,渦流便可以在槳葉表面出現(xiàn),而且可降低效率,以實(shí)現(xiàn)限制功率的目的。定槳距控制技術(shù)已經(jīng)被世界上諸多先進(jìn)的制造商所使用,生產(chǎn)出很多大型的風(fēng)電發(fā)電機(jī)組設(shè)備,在行業(yè)內(nèi)的使用率高達(dá)70%。
4.2變槳距控制技術(shù)
變槳距控制技術(shù)所具備的變槳距風(fēng)電機(jī)組調(diào)節(jié)功能,實(shí)現(xiàn)途徑是縱向軸心葉片的變化結(jié)果[6-8]。關(guān)于這一領(lǐng)域,可以對(duì)Vestas公司的風(fēng)力機(jī)進(jìn)行研究。該技術(shù)調(diào)節(jié)階段分為三個(gè)階段:(1)第一個(gè)階段是開(kāi)機(jī)運(yùn)行。變槳距風(fēng)電機(jī)組的風(fēng)力機(jī)如果正處于運(yùn)行狀態(tài),對(duì)于定槳葉節(jié)距角計(jì)算將逐漸展開(kāi),此時(shí)需要將節(jié)距角進(jìn)行調(diào)整,如果已經(jīng)達(dá)到了0.5倍額定轉(zhuǎn)速,則需要全面調(diào)整節(jié)距角,使其處于合適的角度位置,這樣才能夠使風(fēng)力機(jī)處于可控的轉(zhuǎn)速狀態(tài),完成并網(wǎng)發(fā)電功能。(2)進(jìn)入到第二階段,此時(shí)風(fēng)速低于額定風(fēng)速,其功率輸出取決于槳葉的氣動(dòng)性能。根據(jù)風(fēng)速的大小,調(diào)整發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)差率,使其盡量運(yùn)行在最佳葉尖速比,以?xún)?yōu)化功率輸出。(3)進(jìn)入到第三階段,功率如果能夠與額定功率保持一致,系統(tǒng)將逐漸開(kāi)始穩(wěn)定的運(yùn)行,這個(gè)時(shí)候要對(duì)輸出功率進(jìn)行調(diào)節(jié),如果輸出功率大于額定功率,則需要對(duì)槳葉節(jié)距角進(jìn)行調(diào)整。一般而言,如果風(fēng)力發(fā)電機(jī)組容量超過(guò)了750kW則可以使用變槳距調(diào)節(jié)技術(shù),如果不足750kW,則可以使用定槳距失速調(diào)節(jié)技術(shù)。
5安科瑞 ARB5系列弧光保護(hù)的原理及系統(tǒng)組成
弧光保護(hù)裝置通過(guò)弧光+電流突變量雙重判據(jù)或弧光單判據(jù)啟動(dòng)保護(hù),其動(dòng)作時(shí)間為
弧光單判據(jù)動(dòng)作時(shí)間≤7ms;弧光+電流雙判據(jù)時(shí)間≤20ms。
ARB5系列弧光保護(hù)裝置由ARB5-M主控單元、ARB5-E擴(kuò)展單元、ARB5-S弧光探頭、弧光光纖以及尾纖等配件構(gòu)成。
型號(hào) | 主要功能 | 技術(shù)參數(shù) |
ARB5-M弧光保護(hù)主控單元 | 8組弧光保護(hù) | 可選配4塊采集板,1塊采集板可采集5路探頭,共支持20路弧光探頭直接采集。 亦可選配4塊主控板(即可接入4臺(tái)ARB5-E擴(kuò)展單元)1塊主控板可接收6塊采集板的探頭,共支持120路弧光探頭采集。 |
4組失靈保護(hù) | ||
4組電流回路TA監(jiān)測(cè) | ||
4組三相電流采集 | ||
11路可編程跳閘出口 | ||
非電量保護(hù) | ||
裝置故障告警 | ||
2路RS485 | ||
2路以太網(wǎng) | ||
1路打印接口 | ||
1路IRIG-B碼對(duì)時(shí)接口 | ||
支持IEC61850、modbusRTU、modbusTCP、IEC103 | ||
支持GOOSE輸入輸出(選配) | ||
ARB5-E弧光保護(hù)擴(kuò)展單元 | 弧光信號(hào)采集 | 可選配6塊采集板,1塊采集板可采集5路探頭,共支持30路弧光探頭直接采集。 |
模擬狀態(tài)傳輸 | ||
需要配合ARB5-M主控單元使用 | ||
ARB5-S弧光探頭 | 弧光信號(hào)監(jiān)測(cè) | 點(diǎn)式弧光傳感器,可安裝于母線室、電纜室或斷路器室。 |
現(xiàn)場(chǎng)調(diào)試及工程服務(wù)費(fèi) |
| 視項(xiàng)目情況核價(jià) |
6、結(jié)語(yǔ)
電弧光產(chǎn)品在風(fēng)力發(fā)電機(jī)上的應(yīng)用才剛剛起步,能夠較好地對(duì)風(fēng)力發(fā)電機(jī)中的電弧光及過(guò)流現(xiàn)象進(jìn)行及時(shí)告警和切斷斷路器保護(hù),有效地避免了風(fēng)力發(fā)電機(jī)起火等嚴(yán)重事故,后續(xù)可以結(jié)合氣溶膠等相關(guān)的消防系統(tǒng)產(chǎn)品,進(jìn)行更加完善的保護(hù)。
參考文獻(xiàn):
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[2]劉立忠,柴衛(wèi)軍,鄭小翠.基于電子傳感技術(shù)的低壓開(kāi)關(guān)柜弧光保護(hù)方法[J].自動(dòng)化與儀表,2020,35(12):98-102.
[3]安科瑞企業(yè)微電網(wǎng)設(shè)計(jì)與應(yīng)用手冊(cè)2020.06版.
[4]安科瑞用戶變電站變配電監(jiān)控解決方案2021.10
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