国家标准计划《风能发电系统 风力发电机组用发电机设计要求》由 TC50(全国风力发电标准化技术委员会)归口 ,主管部门为中国机械工业联合会。
主要起草单位 中车永济电机有限公司 、西安中车永电捷力风能有限公司 、明阳智慧能源集团股份公司 。
| 27 能源和热传导工程 |
| 27.180 风力发电系统和其他能源 |
风能发电系统国家标准体系中已有风轮叶片、齿轮箱、塔架等关键部件的设计要求,目前缺少发电机的设计要求标准。
风力发电机特殊的应用环境和性能要求的需制定设计指导,具体体现在以下两方面: 1.环境特殊性 与传统发电机对比分析:风力发电机安装于高空机舱中,机组运行环境存在多样性,运维时间窗口期短,维护成本高,产品设计需要统一标准,保障产品的可靠性、可维护性、安全性。
——阵风引起发电机转速的快速变化会导致发电机旋转部件受到较大的机械应力,这种应力可能会超过材料的疲劳极限,从而缩短旋转部件的使用寿命,甚至导致部件损坏; ——风速不稳定导致发电机输入载荷变化,发电机组精准控制和发电机P-Q特性设计尤为重要; ——为了增强电网及设备的稳定性和可靠性,减小故障对电网和设备的影响,风力发电机设计应考虑高、低电压穿越工况。
2.结构特殊性 ——在风力发电机的结构形式设计中,发电机全功率或部分功率由变流器控制,因变流器PWM波中特殊谐波、共模电压等因素引起的绕组局放和轴电流导致的轴承电蚀故障; ——双馈异步发电机的滑环刷架系统,在承受变流器供电影响的同时,还需要承受风沙、潮湿、盐雾等环境的影响,容易引起滑环刷架系统的电蚀和磨损; ——永磁同步发电机在运行过程中,存在多绕组分相及欠绕组运行工况,合理的设计可避免三相不平衡、振动噪声大,永磁体失磁等故障。
目前风电产业中对上述问题,经过多年的经验总结,已形成部分共识,如绕组防电晕绝缘处理、轴承采用绝缘结构、控制系统参数设置采用联调试验验证、旋转部件寿命及可靠性采用仿真和HALT试验检测等,这些技术措施的可行性和可靠性也得到了风场运行验证,并在后续项目中依然可行。
鉴于风力发电机的特殊性和现有标准的缺失,为满足行业发展需求、提高产品质量、促进技术创新,需要对这些技术进行标准化。
1.范围: 本标准项目适用于风力发电机组双馈异步发电机、永磁同步发电机、笼型异步发电机,标准从设计要求角度入手进行编制,内容体现了风力发电机应用环境与设计参数之间的联系,详细说明了关键设计项点及指标,并对一些典型结构及关键数据提供了参考附录。 2.主要技术内容: 本标准项目规定的风能发电系统风力发电机组发电机的设计要求包括:发电机可靠性设计需要考虑的因素及设计流程;变流器供电对发电机设计的影响;运行环境和电气条件对发电机设计的要求;发电机的电磁设计方法;结构件的设计和评估方法、制造工艺的要求;发电机试验验证的分级、验证的内容及方法;发电机状态检测、常规检查、运行、维保的服务要求;发电机的安全和绿色设计要求。