通常风电机组的功率与风速有直接的关系,但是除了风速外,维斯塔斯的V80 风电机组可以通过以下三个途径来降低输出功率:一是由人工干预,因为某种需要比如电网限制负荷、降低风电机组噪声等情况需要降低风电机组输出功率;二是由主要部件高温触发,这些主要部件有:
发电机温度、齿轮油温度、齿轮箱轴承温度、IGBT 冷却水温度、变压器温度、顶部处理器温度(默认未启用)、VRCC 冷却水温度(V80 没有该部件);三是电网事件,如电网电压过高、电网电压过低以及在电网频率波动时调节输出功率。
由于本文第一、第三两种降负荷(功率)的途径与本文所讨论的预先过热保护无关,因此在这里我们主要讨论由主要部件高温触发引起的降负荷(功率),即预先过热保护功能。影响预先过热保护功能的参数有六个:(1)某部件预先过热保护功能启动与否;(2)环境温度告警预设值;(3)环境温差预设值;(4)风电机组降功率百分比;(5)某部件温差预设值;(6)某部件温度告警预设值。启动降负荷(功率)保护功能需要三个条件,逻辑控制关系的实现为图4 所示的树形结构:一是必须在参数中开启了降负荷(功率)保护功能;二是当时的环境温度必须高于“环境告警预设值—环境温差预设值”,三是部件当前温度必须高于“部件温度告警预设值—部件温差预设值”,即当环境温度超过了30℃,而部件温度又超过了条件三规定的差值,如果此时风电机组“降负荷(功率)保护功能”参数设置开启,则风电机组的输出功率将根据“风电机组降功率百分比”的值,按照与部件温度增加相反的比例减少,最低功率可降至额定功率的80%,原理如图5 所示。
图5 风电机组降功率原理
上述参数出厂设定为默认值,但是可以根据不同的地区、不同的风况以及不同的运行维护条件对这些参数的值进行修改,以期达到最佳的效果。
高温机型的“环境温度告警预设值”由标准机型的30℃变为40℃,而高温机型的“返回温度”也比由标准机型的返回温度相应提高,因此如果环境温度上升到超过40℃时,风电机组将保护停机,等到环境温度降低到一个预设值以下时将重新启动。同样,即使环境温度在40℃以下,如果上述主要部件温度有一个超过了“环境温度告警预设值”,风电机组也将保护停机,以保障风电机组的安全。
5 高温机型分析
维斯塔斯的高温机型在标准机型增加了液压油冷却器,并通过参数设置增加了降负荷(功率)保护功能,一是对液压油冷却,防止环境温度过高使液压系统效率变差,二是通过降低风电机组的输出功率防止因主要部件高温而停机。
当夏季环境温度超过30℃时,标准机型将保护停机,而高温机型能够继续运行到环境温度超过40℃。如果夏季环境温度持续在30℃以上,在风速较高风电机组接近满负荷且持续时间较长的情况下,由于环境温度高风电机组负荷大,可能会导致某些主要部件的温度逐渐升高,当某个部件温度超过预先设定的降功率开始温度时,风电机组将按图5 所示的曲线进入降功率运行状态,其主要目的是尽可能的延缓主要部件温度的上升时间,尽量不使风电机组因超温报警而停机,以达到多发电的目的。如果主要部件的温度继续上升到报警值,风电机组将保护停机,如果环境温度继续升高到超过40℃,风电机组也将保护停机,从而保护风电机组各主要部件不至于因过热而造成损坏。由于环境温度超过40℃的情况在我国南方地区比较少见,因此高温机型能够适应我国南方地区的环境温度要求。经某风电场的V80 标准机型与常温机型的发电量的粗略对比显示(仅以风电机组的发电量作为统计依据,忽略风电机组的位置、运行和维护情况带来的偏差),在夏季6、7、8 三个月中,在相同的条件下,每台高温型风电机组可比标准机型多发约23万kW•h 左右的电量,即一两年就可收回购买高温选项的投资,提高风电场的经济效益。
6 结束语
综上所述,如果风电场的夏季环境温度超过30℃时间所占的比例较大,则采用维斯塔斯的高温机型风电机组是明智的选择。纬度较高的地区如北欧国家和我国的北方地区,夏季短而凉爽,风电机组在这种环境下运行不存在散热的问题。而在我国南方地区,夏季气温普遍较高,由于我国的风资源的分布情况,南方风场多位于空气比较潮湿的沿海地带,散热条件较差。风电机组常见故障多与散热不良有着直接或间接的关系,因此建议各风电机组生产厂家应在设计、工艺上采取一些措施,如选用高效的冷却方式、增加散热面积、优化气流分布、将冷却器安装到机舱外部等,以提高整个风电机组的通风散热水平。在这方面,维斯塔斯对V80 新版本风电机组进行了不少有益的改进,提高了风电机组的通风散热能力。
图4 降负荷(功率)保护功能的逻辑控制关系
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