維斯塔斯高溫型風力發電機的結構和原理

　　通常風電機組的功率與風速有直接的關系，但是除了風速外，維斯塔斯的V80 風電機組可以通過以下三個途徑來降低輸出功率：一是由人工干預，因為某種需要比如電網限制負荷、降低風電機組噪聲等情況需要降低風電機組輸出功率；二是由主要部件高溫觸發，這些主要部件有：
　　發電機溫度、齒輪油溫度、齒輪箱軸承溫度、IGBT 冷卻水溫度、變壓器溫度、頂部處理器溫度（默認未啟用）、VRCC 冷卻水溫度（V80 沒有該部件）；三是電網事件，如電網電壓過高、電網電壓過低以及在電網頻率波動時調節輸出功率。
　　由于本文第一、第三兩種降負荷（功率）的途徑與本文所討論的預先過熱保護無關，因此在這里我們主要討論由主要部件高溫觸發引起的降負荷（功率），即預先過熱保護功能。影響預先過熱保護功能的參數有六個：（1）某部件預先過熱保護功能啟動與否；（2）環境溫度告警預設值；（3）環境溫差預設值；（4）風電機組降功率百分比；（5）某部件溫差預設值；（6）某部件溫度告警預設值。啟動降負荷（功率）保護功能需要三個條件，邏輯控制關系的實現為圖4 所示的樹形結構：一是必須在參數中開啟了降負荷（功率）保護功能；二是當時的環境溫度必須高于“環境告警預設值—環境溫差預設值”，三是部件當前溫度必須高于“部件溫度告警預設值—部件溫差預設值”，即當環境溫度超過了30℃，而部件溫度又超過了條件三規定的差值，如果此時風電機組“降負荷（功率）保護功能”參數設置開啟，則風電機組的輸出功率將根據“風電機組降功率百分比”的值，按照與部件溫度增加相反的比例減少，最低功率可降至額定功率的80%，原理如圖5 所示。

圖5 風電機組降功率原理

　　上述參數出廠設定為默認值，但是可以根據不同的地區、不同的風況以及不同的運行維護條件對這些參數的值進行修改，以期達到最佳的效果。
　　高溫機型的“環境溫度告警預設值”由標準機型的30℃變為40℃，而高溫機型的“返回溫度”也比由標準機型的返回溫度相應提高，因此如果環境溫度上升到超過40℃時，風電機組將保護停機，等到環境溫度降低到一個預設值以下時將重新啟動。同樣，即使環境溫度在40℃以下，如果上述主要部件溫度有一個超過了“環境溫度告警預設值”，風電機組也將保護停機，以保障風電機組的安全。
　　5 高溫機型分析
　　維斯塔斯的高溫機型在標準機型增加了液壓油冷卻器，并通過參數設置增加了降負荷（功率）保護功能，一是對液壓油冷卻，防止環境溫度過高使液壓系統效率變差，二是通過降低風電機組的輸出功率防止因主要部件高溫而停機。
　　當夏季環境溫度超過30℃時，標準機型將保護停機，而高溫機型能夠繼續運行到環境溫度超過40℃。如果夏季環境溫度持續在30℃以上，在風速較高風電機組接近滿負荷且持續時間較長的情況下，由于環境溫度高風電機組負荷大，可能會導致某些主要部件的溫度逐漸升高，當某個部件溫度超過預先設定的降功率開始溫度時，風電機組將按圖5 所示的曲線進入降功率運行狀態，其主要目的是盡可能的延緩主要部件溫度的上升時間，盡量不使風電機組因超溫報警而停機，以達到多發電的目的。如果主要部件的溫度繼續上升到報警值，風電機組將保護停機，如果環境溫度繼續升高到超過40℃，風電機組也將保護停機，從而保護風電機組各主要部件不至于因過熱而造成損壞。由于環境溫度超過40℃的情況在我國南方地區比較少見，因此高溫機型能夠適應我國南方地區的環境溫度要求。經某風電場的V80 標準機型與常溫機型的發電量的粗略對比顯示（僅以風電機組的發電量作為統計依據，忽略風電機組的位置、運行和維護情況帶來的偏差），在夏季6、7、8 三個月中，在相同的條件下，每臺高溫型風電機組可比標準機型多發約23萬kW•h 左右的電量，即一兩年就可收回購買高溫選項的投資，提高風電場的經濟效益。
　　6 結束語
　　綜上所述，如果風電場的夏季環境溫度超過30℃時間所占的比例較大，則采用維斯塔斯的高溫機型風電機組是明智的選擇。緯度較高的地區如北歐國家和我國的北方地區，夏季短而涼爽，風電機組在這種環境下運行不存在散熱的問題。而在我國南方地區，夏季氣溫普遍較高，由于我國的風資源的分布情況，南方風場多位于空氣比較潮濕的沿海地帶，散熱條件較差。風電機組常見故障多與散熱不良有著直接或間接的關系，因此建議各風電機組生產廠家應在設計、工藝上采取一些措施，如選用高效的冷卻方式、增加散熱面積、優化氣流分布、將冷卻器安裝到機艙外部等，以提高整個風電機組的通風散熱水平。在這方面，維斯塔斯對V80 新版本風電機組進行了不少有益的改進，提高了風電機組的通風散熱能力。
圖4 降負荷（功率）保護功能的邏輯控制關系
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