維斯塔斯高溫型風力發電機的結構和原理

　　3.2 預先過熱保護功能
　　采用預先過熱保護功能與變槳系統無關，主要是針對風電機組各發熱部件的溫度問題。風電機組工作時齒輪箱、發電機、壓器、變頻器等部件的機械和電氣損耗轉化成為熱量，使機艙內溫度升高，對風電機組的正常運行造成影響。由于風電場多數位于風沙較大的北方地區和高鹽霧的沿海地區，氣候條件惡劣，風電機組的通風設計要考慮到沙塵和銹蝕等環境因素對機組壽命的影響，而發電機、齒輪箱、IGBT 等主要部件又處于相對封閉的狹小的機艙內，產生大量的熱量不能順利排出，因此散熱不良困擾著風電機組制造商。在緯度較低的我國沿海地區，由于夏季氣溫高、空氣潮濕大，導致散熱不良，風電機組在持續的高負荷工況下，部件過熱告警的故障比較常見。
　　V80 風電機組機艙內部設計比較緊湊，一般的風電機組廠家變壓器安裝在地面上，發電機定子的690V 電壓引至塔底的美式或歐式箱變內，多系油浸式變壓器，發電機轉子勵磁電流也是從塔底的變頻器通過電纜引上到機艙。眾所周知，功率P=UI，因此發電機在690V 側的電流達上千安培（兆瓦級風電機組），需要通過多根并聯電纜或母線槽引至底部的變壓器，有色金屬耗用多，功率損耗較大。而V80 風電機組變壓器安裝在機艙的內部，且采用了干式變壓器。干式變壓器體積小重量輕，克服了油浸變壓器的一些缺點，防火、防爆、免維護且不需要經常巡視，從而大大提高了風電機組整體的可靠性。發電機發出的690V 電壓由干式變壓器變為35kV，只需一根高壓電纜引下至塔筒底部，降低了電能傳輸損耗。盡管比其他風電機組的機艙內多了一臺變壓器，機艙的重量（kg/kW•m2）在同級別的風電機組中還是最輕的。當然，變壓器安裝在機艙內會增加一定的發熱量，這可以通過其他措施來解決，因此這樣的設計利多弊少。
　　為了減少部件溫度告警故障的發生幾率，維斯塔斯采用了一種叫做預先過熱保護的功能，它是維斯塔斯高溫機型在軟件上采取的一種預防性措施，該保護功能是一個物理過程，是通過降負荷（功率）來實現的。當發電機定子繞組、齒輪油、齒輪箱軸承、IGBT 和變壓器等主要部件的溫度有一個或多個超過控制參數所定義的告警溫度預設值—溫差預設值時，風電機組將控制輸出功率的大小，輸出功率會按照與部件溫度增加的相反比例減少，使主要部件因風電機組的輸出功率減小而降低發熱量，目的是盡量避免風電機組因為主要部件高溫而停機，盡可能多發電。

圖4 降負荷（功率）保護功能的邏輯控制關系

　　4 預先過熱保護功能的參數與控制
　　維斯塔斯的風電機組控制程序是一種模塊式的結構，在標準型的風電機組上可以通過參數的設置增加不同的選項功能，例如高溫選項、高級電網功能等選項。在增加了相應的硬件之后，只需改變一些相關參數，而不需要改變程序，就可以增加相應的選項功能。