Using IGBT4 Modules to realize High Power Density Design of Wind Power Converters
Oct. 2010 Power Seminar
Wind Power and Infineon Solution
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Double Feed Induction Generator
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Direct-Drive Synchronous Generator
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Direct-Drive Synchronous Generator
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Requirement of IGBT modules for wind converter
20 years design-lifetime for power semiconductors ? calculation based on load cycles given by customers based on their specific power conversion system. Clearance and creepage distances higher than for industry inverters needed in case no splash water protected cabinet is used. ? for high humidity and salt content in the air Low losses Low thermal resistances Availability of DC-link voltage ? Package, internal stray inductance. RBSOA
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IGBT Module Solution
IHM
PrimePackTM
EconoDualTM3
EconoPackTM+
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Module Solution
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Overview of IGBT in Wind Power
A
3600
2400
1800
3600 A -400 A
1600
2400 A -300 A
1200
1000A
1000
800
450A 650A 450 A -150 A Parallel to 1350A 450 A -150 A
600
AlSiC KF6C_B2 KF6C
400
SixPACK Halfbridge
KE3 KE4 ME3 ME4
AlSiC KE3_B2
300
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IGBT modules ->Double Feed Wind System
Wind Power 1.25MW IGBT Module EconoDUAL3 Rotor side FF450R17ME4 Paralleling / per arm 2pcs Grid side FF450R17ME4 FS450R17ME4 FF650R17IE4 FF450R17ME4 FF650R17IE4 FZ1600R17HP4 FZ1600R17KE3 FF1000R17IE4 Paralleling /Per arm N N N 3pcs 2pcs N Cooling Water
PrimePACK2/3 1.5MW EconoDUAL3 PrimePACK2/3 IHM B IHM A 2.0MW PrimePACK3
FF1000R17IE4 FF450R17ME4 FF1000R17IE4 FZ1600R17HP4 FZ1600R17KE3 FF1000R17IE4
N 3pcs 2pcs N
Water Water Air-forced Air-forced
3pcs 2pcs N 4pcs
2pcs 2pcs N 4pcs
Air-forced Water Air-forced Water
IHM B EconoDUAL3
FZ2400R17HP4 FF450R17ME4
FZ1600R17HP4 FF450R17ME4
*Remark: 1) The proposal is based on the simulation conditions below as well as the general case experiences. Vdc=1100V, Vin=690V, fo=0~15Hz, fs=2kHz @ rotor side, fo=50Hz, fs=3kHz @ grid side, OL=120%. 2) The usage of the different IGBT solutions are mostly influenced by the real cooling system. Therefore, the disclaimer rule should be complied.
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IGBT modules ->Full Power Wind System
Wind Power 1.5MW IGBT Module PrimePACK3 IHM A 2.0MW PrimePACK3 IHM B Rotor side FF1000R17IE4 FF1200R17KE3 FF1000R17IE4 FZ2400R17HP4_ B29 Paralleling/ per arm 3pcs 2pcs 3pcs 2pcs Grid side FF1000R17IE4 FF1200R17KE3 FF1000R17IE4 FZ2400R17HP4 _B29 Paralleling /Per arm 3pcs 2pcs 3pcs 2pcs Cooling Water Water Water Water
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PrimePACK?
Highest creepage and clearance distance Housing material with CTI>400 Designed for over voltage class 2 Very low inductive module design Optimized chip position for better heat spreading. Complete portfolio available for 1700V. Easy for paralleling of several modules Optimized driver board design possible
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Product Range
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PrimePACK?
Internal Bus Bar
Low Module Stray Inductance* Welding instead of soldering increasing mechanical robustness Optimized Cost
PrimePACKTM2: Internal Layout
* PrimePACK?2: ~ 18 nH * PrimePACK?3: ~ 10 nH
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PrimePACK? Rthch
Increased mounting screws dedicated for each DCB
X
X
X
X
X
Diode IGBT
X
X
X
X
X
Result in: Low Thermal Resistance RthCH (Case-Heatsink)
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PrimePACK?
Creepance 33mm Clearance 19mm CTI > 400
High Creepance & Clearance Distance for Highly Contaminated Environment Meets Safety Standard: up to 3300V Impulse Voltage (Over Voltage Class 2, Pollution Degree 3)
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IHM B family with IGBT4
1200V/1700V
NEW
NEW
FZ Single switch
3600 INOM 3600A
R17 UCE 1700 V
H IHM B housing
P4 High Power IGBT4
_B2 Traction version
New IHM B housing
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New IGBT4 chip
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Housing Compatibility
IHM A housing
IHM B housing
Both housing types are 100% mechanically compatible concerning footprint - 130x140 mm housing - 140x190 mm housing mounting positions - to the heat sink - to the bus bar - to the PCB
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IHM B Version - “ industrial” and “traction”
Applications: Module features: Base plate: Substrate: Power Cycling: Thermal Cycling: Isolation:
[RMS, 50Hz, 1 Min.]
Traction
Industry
AlSiC Optimised Optimised Optimised 4 kV Σ = Higher Reliability
Cu Al2O3 Standard Standard 3,4 kV Σ = Cost Efficiency
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Products Range (1700V)
“Copper base plate” “AlSiC base plate”
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风电变流器简介 快速浮点运算能力的“双DSP的全数字化控制器”；在发电机的转子压定向矢量控制策略；系统具有输入输出功率因数可调、自动软并网变流器采用三相电压型交-直-交双向变流器技术，核心控制采用具有防尘、防盐雾等运行要求。 变流器可根据海拔进行特殊设计，可以按客户定制实现低温、高温、和最大功率点跟踪控制功能。功率模块采用高开关频率的IGBT功率QHVERT-DFIG型风电变流器基本原理 器件，保证良好的输出波形。这种整流逆变装置具有结构简单、谐波制，是目前双馈异步风力发电机组的一个代表方向。 变流器工作原理框图如下所示： 统，实现了基于风机最大功率点跟踪的发电机有功和无功的解耦控能质量。这种电压型交-直-交变流器的双馈异步发电机励磁控制系含量少等优点，可以明显地改善双馈异步发电机的运行状态和输出电变流器提供实时监控功能，用户可以实时监控风机变流器运行状态。侧变流器实现定子磁场定向矢量控制策略，电网侧变流器实现电网电本文将针对市场上主流的双馈型风电变流器进行简介。 型风电变流器系统功能 变流器通过对双馈异步风力发电机的转子进行励磁，使得双馈发电机关，目前已实现规模化的生产。 06年成功研制第一台风电变流器以来，不断寻求技术革新严把质量风能作为一种清洁的可再生能源，越来越受到世界各国的重视，我国变流器配电系统提供雷击、过流、过压、过温等保护功能。 的定子侧输出电压的幅值、频率和相位与电网相同，并且可根据需要风能资源丰富，近几年来国家政策也大力扶持风电产业。我公司自求扩展），用户可通过这些接口方便的实现变流器与系统控制器及风进行有功和无功的独立解耦控制。 机和电网造成的不利影响。 变流器提供多种通信接口，如Profibus, CANopen等（可根据用户要场远程监控系统的集成控制。 变流器控制双馈异步风力发电机实现软并网，减小并网冲击电流对电转子侧逆变器、直流母线单元、电网侧整流器。 原理图如下： 控制器、监控界面等部件。 变流器主回路系统包含如下几个基本单元： QHVERT-DFIG型风电变流器系统构成 变流器由主电路系统、配电系统以及控制系统构成。包括定子并网开关、整流模块、逆变模块、输入/输出滤波器、有源Crowbar电路、功率柜主要由功率模块、有源Crowbar等构成。 功率柜：主要负责转子滑差能量的传递。 并网柜：主要用于变流器与发电机系统和电网连接控制、一些控制信控制柜主要由主控箱、PLC、滤波器、电源模块等组成。 并网柜主要由断路器、接触器、信号采集元件、UPS、加热器、信号变流器控制结构框图如下： 接口部分等构成。 号的采集以及二次回路的配置。 上述各功能分配到控制柜、功率柜、并网柜中： 约了机舱空间，柜中还可提供现场调试的220V电源。 成有并网控制系统，用户无须再配置并网柜，提高了系统集成度，节制指令,控制变流器的运行状态 控制系统由高速数字信号处理器（DSP）、人机操作界面和可编程逻配电系统由并网接触器、主断路器、继电器、变压器等组成，自身集辑控制器（PLC）共同构成。整个控制系统配备不间断电源（UPS），控制柜：控制柜主要对采集回的各种模拟数字信号进行分析,发出控便于电压跌落时系统具有不间断运行能力。 成功满发，截止目前运行状态稳定。 附：北京清能华福风电技术有限公司简介 目前在赤峰、大安等风场正陆续进行变流器吊装施工。 限公司自主研发的1.5MW风电变流器在国电联合动力技术有限公司北京清能华福风电技术有限公司成立于2006年7月，由“国内高压变求。 2009年12月28日经过2天的现场调试，北京清能华福风电技术有及其现场调试所相关技术人员的支持下，已于哲里根图风场全部并网公司坐落于中关村科技园，依托清华大学电力系统国家重点实验室的厚的资金、科研、市场、服务实力，为国家大力鼓励、扶持的风力发电事业，提供其拥有自主知识产权的核心装备——兆瓦级风力发电机变流器及其电控系统。一流技术以及利德华福专业化、规模化、现代化的生产厂房，凭借雄以达到满功率发电和连续运行的要求，系统品质达到了风场应用的要资控股，是专门从事开发、制造风电变流器与控制系统产品的高新技术企业。 频器领域最具影响力的企业”——北京利德华福电气技术有限公司投3月至今，在河北建设投资公司和东方汽轮机有限公司的支QHVERT-DFIG型风电变流器具有以下一些特点： 优异的控制性能 完备的保护功能 少发电机损耗，提高运行效率，提升风能利用率。 风速范围内的变速恒频发电，改善风机效率和传输链的工作状况，减 型风电变流器技术特征 型风电变流器可以优化风力发电系统的运行，实现宽良好的电网适应能力 具备高可靠性，适应高低温、高海拔等恶劣地区运行 变流器在河北海兴风电场成功并网发电，通过240小时验收，目前已无故障连续运行8000多小时。成功经历了夏季高温、冬季降雪后的持下，北京清能华福风电技术有限公司自主研发生产的1.5MW风电QHVERT-DFIG型风电变流器最新动态 模块化设计，组合式结构，安装维护便捷 2丰富的备品备件；专业、快速的技术服务 低温、海边盐雾等运行环境的考验，事实证明了：清能华福变流器可
风电变流器项目 申报材料 规划设计/投资方案/产业运营
摘要说明— 目前，风电作为应用最广泛和发展最快的新能源发电技术，已在全球 范围内实现规模化应用。在风力发电设备中，风电变流器是风力发电机组 不可缺少的能量变换单元，是风电机组的关键部件之一。风电变流器的行 业规模一般以风电机组装机容量衡量。 该风电变流器项目计划总投资14381.39万元，其中：固定资产投资11092.81万元，占项目总投资的77.13%；流动资金3288.58万元，占项目 总投资的22.87%。 达产年营业收入26846.00万元，总成本费用21187.27万元，税金及 附加244.59万元，利润总额5658.73万元，利税总额6683.83万元，税后 净利润4244.05万元，达产年纳税总额2439.78万元；达产年投资利润率39.35%，投资利税率46.48%，投资回报率29.51%，全部投资回收期4.89年，提供就业职位419个。 报告内容：项目总论、投资背景及必要性分析、市场调研预测、产品 规划、项目建设地研究、项目土建工程、工艺先进性分析、项目环保研究、职业保护、风险评价分析、项目节能分析、项目实施计划、项目投资计划 方案、经济效益评估、综合评价结论等。 规划设计/投资分析/产业运营
风电变流器项目申报材料目录 第一章项目总论 第二章投资背景及必要性分析第三章产品规划 第四章项目建设地研究 第五章项目土建工程 第六章工艺先进性分析 第七章项目环保研究 第八章职业保护 第九章风险评价分析 第十章项目节能分析 第十一章项目实施计划 第十二章项目投资计划方案 第十三章经济效益评估 第十四章招标方案 第十五章综合评价结论
风电变流器简介 风能作为一种清洁得可再生能源,越来越受到世界各国得重视,我国风能资源丰富,近几年来国家政策也大力扶持风电产业。我公司自06年成功研制第一台风电变流器以来,不断寻求技术革新严把质量关,目前已实现规模化得生产。 本文将针对市场上主流得双馈型风电变流器进行简介。 QHVERT-DFIG型风电变流器系统功能 变流器通过对双馈异步风力发电机得转子进行励磁,使得双馈发电机得定子侧输出电压得幅值、频率与相位与电网相同,并且可根据需要进行有功与无功得独立解耦控制。 变流器控制双馈异步风力发电机实现软并网,减小并网冲击电流对电机与电网造成得不利影响。 变流器提供多种通信接口,如Profibus, CANopen等(可根据用户要求扩展),用户可通过这些接口方便得实现变流器与系统控制器及风场远程监控系统得集成控制。 变流器配电系统提供雷击、过流、过压、过温等保护功能。 变流器提供实时监控功能,用户可以实时监控风机变流器运行状态。变流器可根据海拔进行特殊设计,可以按客户定制实现低温、高温、防尘、防盐雾等运行要求。 QHVERT-DFIG型风电变流器基本原理 变流器采用三相电压型交-直-交双向变流器技术,核心控制采用具有快速浮点运算能力得“双DSP得全数字化控制器”;在发电机得转子侧
变流器实现定子磁场定向矢量控制策略,电网侧变流器实现电网电压定向矢量控制策略;系统具有输入输出功率因数可调、自动软并网与最大功率点跟踪控制功能。功率模块采用高开关频率得IGBT功率器件,保证良好得输出波形。这种整流逆变装置具有结构简单、谐波含量少等优点,可以明显地改善双馈异步发电机得运行状态与输出电能质量。这种电压型交-直-交变流器得双馈异步发电机励磁控制系统,实现了基于风机最大功率点跟踪得发电机有功与无功得解耦控制,就是目前双馈异步风力发电机组得一个代表方向。 变流器工作原理框图如下所示: QHVERT-DFIG型风电变流器系统构成
照明功率密度表 Prepared on 22 November 2020
居住建筑每户照明功率密度 房间或场所照明功率密度（W/m2） 对应照度值（lx）现行值目标值 起居室 7 6 100 卧室75 餐厅150 厨房100 卫生间100 办公室照明功率密度 房间或场所照明功率密度（W/m2） 对应照度值（lx）现行值目标值 普通办公室11 9 300 高档办公事、设计室18 15 500 会议室11 9 300 营业厅13 11 300 文件整理、复印、发行室11 9 300 档案室8 7 200 商业建筑照明功率密度值 房间或场所照明功率密度（W/m2） 对应照度值（lx）现行值目标值 一般商店营业厅12 10 300 高档商店营业厅19 16 500 一般超市营业厅13 11 300 高档超市营业厅20 17 500 旅馆建筑照明功率密度值 房间或场所照明功率密度（W/m2） 对应照度值（lx）现行值目标值 客厅15 13 -------- 中餐厅13 11 200 多功能厅18 15 300 客厅层走廊 5 4 50 门厅15 13 300
医院建筑照明功率密度值 房间或场所照明功率密度（W/m2） 对应照度值（lx）现行值目标值 治疗室11 9 300 化验室18 15 500 手术室30 25 750 候诊室、挂号室8 7 200 病房 6 5 100 护士站11 9 300 药房20 17 500 重症监护室11 9 300 学校照明功率密度值 房间或场所照明功率密度（W/m2） 对应照度值（lx）现行值目标值 教室、阅览室11 9 300 实验室11 9 300 美术教室18 15 500 多媒体教室11 9 300 工业建筑照明密度值 房间或场所 照明功率密度 （W/m2） 对应照度值 （lx） 现行值目标值 1通用房间或场所 实验室一般11 9 300 精细18 15 500 检验 11 9 300 27 23 750 计量室、测量室18 15 500 变、配电 站 配电装置室8 7 200 变压器室 5 4 100 电源设备室、发电机室8 7 200 控制室 11 9 300 18 15 500 电话站、网络中心、计算机站18 15 500
风电变流器简介 风能作为一种清洁的可再生能源，越来越受到世界各国的重视，我国风能资源丰富，近几年来国家政策也大力扶持风电产业。我公司自06年成功研制第一台风电变流器以来，不断寻求技术革新严把质量关，目前已实现规模化的生产。 本文将针对市场上主流的双馈型风电变流器进行简介。 QHVERT-DFIG型风电变流器系统功能 变流器通过对双馈异步风力发电机的转子进行励磁，使得双馈发电机的定子侧输出电压的幅值、频率和相位与电网相同，并且可根据需要进行有功和无功的独立解耦控制。 变流器控制双馈异步风力发电机实现软并网，减小并网冲击电流对电机和电网造成的不利影响。 变流器提供多种通信接口，如Profibus, CANopen等（可根据用户要求扩展），用户可通过这些接口方便的实现变流器与系统控制器及风场远程监控系统的集成控制。 变流器配电系统提供雷击、过流、过压、过温等保护功能。 变流器提供实时监控功能，用户可以实时监控风机变流器运行状态。 变流器可根据海拔进行特殊设计，可以按客户定制实现低温、高温、防尘、防盐雾等运行要求。 QHVERT-DFIG型风电变流器基本原理 变流器采用三相电压型交-直-交双向变流器技术，核心控制采用具有快速浮
点运算能力的“双DSP的全数字化控制器”；在发电机的转子侧变流器实现定子磁场定向矢量控制策略，电网侧变流器实现电网电压定向矢量控制策略；系统具有输入输出功率因数可调、自动软并网和最大功率点跟踪控制功能。功率模块采用高开关频率的IGBT功率器件，保证良好的输出波形。这种整流逆变装置具有结构简单、谐波含量少等优点，可以明显地改善双馈异步发电机的运行状态和输出电能质量。这种电压型交-直-交变流器的双馈异步发电机励磁控制系统，实现了基于风机最大功率点跟踪的发电机有功和无功的解耦控制，是目前双馈异步风力发电机组的一个代表方向。 变流器工作原理框图如下所示： QHVERT-DFIG型风电变流器系统构成 变流器由主电路系统、配电系统以及控制系统构成。包括定子并网开关、整
全国风能资源评价技术规定 （国家发展改革委2004年4月14日发布发改能源[2004]865号） 第一章总则 第一条风能资源评价主要是以现有气象台站的测风数据为基础，通过整理、分析，对全国风能资源的大小和分布进行评价。 第二条为了统一全国风能资源评价的原则、内容、深度和技术要求，在总结风能资源研究成果的基础上，参考国内、外有关标准和规范，制定《风能资源评价技术规定》（以下简称本规定）。 第三条本规定用于指导开展风能资源评价工作。 第二章基础资料收集 第四条气象台站资料 一、收集国家基准气象站、国家基本气象站和一般气象站基本信息，包括气象台站所属省名、站名、区站号、经度、纬度、海拔高度、建站时间、台站周围环境变化情况（包括台站变迁情况）、观测仪器（包括仪器变更）情况。 二、收集各气象台站1971～2000年历年年最大风速、年极大风速、年极端最高温度、年极端最低温度、年沙尘暴日数、年雷暴日数。 三、收集各气象台站1971～2000年历年逐月平均风速、平均气温、平均气压、平均水汽压。 四、收集各气象台站1991～1995年逐日日平均风速、气温、气压、水汽压。 五、收集各气象台站“代表年”逐时风速、风向观测记录。 六、“代表年”确定方法：根据全国地面气象资料1971～2000年整编成果，选择年平均风速等于或接近30年年平均风速的年份，定义为平均风速年；选择年平均风速等于或接近30年年平均风速最大值的年份，定义为最大值年；选择年平均风速等于或接近30年年平均风速最小值的年份，定义为最小值年。若存在多个年平均风速等于或接近（或、）的年份，则选择最靠近2000年的年份，下同。上述三个年份统称为“代表年”，即年平均风速分别等于或接近、、 的3个年份，下同。 第五条其它观测资料 一、收集已建自动气象站资料，内容参照本规定第四条。 二、收集已建、待建风电场基本信息及前期工作中的测风资料。 三、收集海洋站、船舶、浮标等的测风资料。 四、收集相关科学（考察）试验的测风资料。
6.1 照明功率密度值 6.1.1 居住建筑每户照明功率密度值不宜大于表6.1.1的规定。当房间或场所的照度值高于或低于本表规定的对应照度值时，其照明功率密度值应按比例提高或折减。 表6.1.1 居住建筑每户照明功率密度值 6.1.2 办公建筑照明功率密度值不应大于表6.1.2的规定。当房间或场所的照度值高于或低于本表规定的对应照度值时，其照明功率密度值应按比例提高或折减。 表6.1.2 办公建筑照明功率密度值 6.1.3 商业建筑照明功率密度值不应大于表6.1.3的规定。当房间或场所的照度值高于或低于本表规定的对应照度值时，其照明功率密度值应按比例提高或折减。 表6.1.3 商业建筑照明功率密度值 6.1.4 旅馆建筑照明功率密度值不应大于表6.1.4的规定。当房间或场所的照度值高于或低
于本表规定的对应照度值时，其照明功率密度值应按比例提高或折减。 表6.1.4 旅馆建筑照明功率密度值 6.1.5 医院建筑照明功率密度值不应大于表6.1.5的规定。当房间或场所的照度值高于或低子本表规定的对应照度值时，其照明劝塞密度值应按比例提高或折减。 6.1.6 学校建筑照明功率密度值不应大于表6.1.6的规定。当房间或场所的照度值高于或低于本表规定的对应照度值时，其照明功率密度值应按比例提高或折减。 表6.1.5 医院建筑照明功率密度值 表6.1.6 学校建筑照明功率密度值 6.1.7 工业建筑照明功率密度值不应大于表6.1.7的规定。当房间或场所的照度值高于或低于本表规定的对应照度值时，其照明功率密度值应按比例提高或折减。 表6.1.7 工业建筑照明功率密度值
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Requirement of IGBT modules for wind converter
20 years design-lifetime for power semiconductors ? calculation based on load cycles given by customers based on their specific power conversion system. Clearance and creepage distances higher than for industry inverters needed in case no splash water protected cabinet is used. ? for high humidity and salt content in the air Low losses Low thermal resistances Availability of DC-link voltage ? Package, internal stray inductance. RBSOA
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风级及划分标准 一、风的概况和性质 风是空气从气压大的地方向气压小的地方流动而形成的，空气流动的原因是地表上各点大气压力不同，存在压力差和压力梯度，空气就从气压大的方向气压小的地方流动。而气流遇到结构五的阻塞就会形成压力气幕，也就是风压。一般情况下风速越大，风对结构物产生的风压也就越大。 生活经验也告诉我们，风有不同的等级，不同的效果。夏天我们期待凉风习习，但又惧怕台风；冬天出门谁也不希望碰到凛冽的北风；放飞风筝时需要有和风。我们在天气预报中又常常听到诸如“东北风3到4级”、“台风中心附近风力12级”、“强热带风暴紧急预报”等说法。风的等级一般是根据风速来划分的，分别用2分钟的平均情况表示的平均风速和瞬间情况代表的瞬时风速。 二、风力等级的划分标准 很多时候，我们把一些规律性的现象编成歌谣，来帮助记忆和分析。风的等级也不例外，通俗地理解，风的等级可以归纳为以下的“风级歌”： 0级烟柱直冲天，1级青烟随风偏； 2级风来吹脸面，3级叶动红旗展； 4级风吹飞纸片，5级带叶小树摇； 6级举伞步行艰，7级迎风走不便； 8级风吹树枝断，9级屋顶飞瓦片； 10级拔树又倒屋，11.12陆上很少见。 当然这只是从感性方面对风的等级进行划分。目前世界上通用的划分标准是《蒲福氏风级表》（“the Beaufort Scale”）。 这个表的产生最开始用于海面上的，是为了有效的估计和记录风速，1806年由英国的海军弗朗西斯·蒲福（Admiral, Sir Francis Beaufort）编制的，并命名为《蒲福氏风级表》（“the Beaufort Scale”）。而蒲福氏风级表最初只能适用于海上，它是观察航行的船只状态及海浪而编制。后来也适用在陆上，而它是观察烟、树叶及树枝或旗帜的摇动而编制。以下就是根据相关资料整理的划分表：
风功率密度及风能区域等级 风功率密度蕴含着风速、风速频率分布和空气密度的影响，是衡量风电场风能资源的综合指标。风功率密度等级在国标“风电场风能资源评估方法”中给出了7个级别， 风功率密度等级表 由上表可以看出，10m高处当风功率密度大于150W/m2、年平均风速大于5m/s的区域被认为是风能资源可利用区；当年平均风速在6.0m/s，风功率密度为200～250 W/m2为较好风电场；在7.0 m/s时为300～400 W/m2为很好风电场。一般说平均风速较大，风功率密度也大，风能可利用小时数就越多。我国风能区域等级划分的标准如下： （1）风能资源丰富区：年有效风功率密度大于200W/m2，3～20m/s风速的年累积小时数大于5000h，年平均风速大于6 m/s； （2）风能资源次丰富区：年有效风功率密度为200～150 W/m2，3～20m/s 风速的年累积小时数为5000h～4000h，年平均风速在5.5m/s左右； （3）风能资源可利用区：年有效风功率密度为150～100 W/m2，3～20m/s 风速的年累积小时数为4000h～2000h，年平均风速在5m/s左右； （4）风能资源贫乏区：年有效风功率密度小于100 W/m2，3～20m/s风速的年累积小时数小于2000h，年平均风速在4.5m/s。 风能资源丰富区和较丰富区，其具有较好的风能资源，为理想的风电场建设区；风能资源可利用区，有效风功率密度较低，这对电能紧缺地区还是有相当的利用价值。实际上，较低的年有效风功率密度也只是对宏观的大区域而言，而在
大区域内，由于特殊地形有可能存在局部的小区域大风区，因此，应具体问题具体分析，通过对这种地区进行精确的风能资源测量，详细了解分析实际情况，选出最佳区域建设风电场。 风能资源贫乏区，风功率密度很低，对大型并网型风力发电机组一般无利用价值。
居住建筑每户照明功率密度 房间或场所照明功率密度（W/m2） 对应照度值（lx）现行值目标值 起居室 7 6 100 卧室75 餐厅150 厨房100 卫生间100 办公室照明功率密度 房间或场所照明功率密度（W/m2） 对应照度值（lx）现行值目标值 普通办公室11 9 300 高档办公事、设计室18 15 500 会议室11 9 300 营业厅13 11 300 文件整理、复印、发行室11 9 300 档案室8 7 200 商业建筑照明功率密度值 房间或场所照明功率密度（W/m2） 对应照度值（lx）现行值目标值 一般商店营业厅12 10 300
旅馆建筑照明功率密度值 医院建筑照明功率密度值
重症监护室11 9 300 学校照明功率密度值 房间或场所照明功率密度（W/m2） 对应照度值（lx）现行值目标值 教室、阅览室11 9 300 实验室11 9 300 美术教室18 15 500 多媒体教室11 9 300 工业建筑照明密度值 房间或场所 照明功率密度（W/m2） 对应照度值（lx） 现行值目标值 1 通用房间或场所 实验室 一般11 9 300 精细18 15 500 检验 11 9 300 27 23 750 计量室、测量室18 15 500 变、配电站 配电装置室8 7 200 变压器室 5 4 100 电源设备室、发电机室8 7 200 控制室11 9 300
线圈绕制大线圈12 11 300 中等线圈19 17 500 精细线圈27 24 750 线圈浇注12 11 300 一般8 7 200 焊接 精密12 11 300 钣金12 11 300 冲压、剪切12 11 300 热处理8 7 200 熔化、浇铸9 8 200 铸造 造型13 12 300 精密铸造的制模、脱壳19 17 500 锻造9 8 200 电镀13 12 300 一般15 14 300 喷漆 精细25 23 500 酸洗、腐蚀、清洗15 14 300 一般装饰性16 12 300 抛光 精细20 18 500 复合材料加工、铺叠、装饰19 17 500 机电修理一般8 7 200
风电变流器 摘要：随着智能电网概念的普及，各国开始注重新能源的利用。风能，作为一种清洁的可再生能源，已开始得到大量利用。但是风能的不稳定性，非连续性也是风能利用的一大难题，风力发电要更好地将风电接网利用，必须在风机上有技术性的突破，变流器是风力发电的一大重要技术，随着风电规模的不断扩大，风电变流器也随之不断推陈出新。本文以双馈型和直驱型变流器为例浅析了风电变流器的技术问题。 关键词：智能电网风力发电双馈型变流器直流型变流器 1.智能电网 随着全球资源的逐渐稀缺、环境压力的不断增大、电力市场化进程的不断深入以及用户对电能可靠性和质量要求的不断提升,电力行业正面临着前所未有的挑战和机遇,建设更加安全、可靠、环保、经济的电力系统已经成为全球电力行业的共同目标。在主张低碳经济与可再生能源的浪潮中，风能、太阳能、生物能等将是今后能源来源的重要途径，欧美许多发达国家的电网企业正积极推进技术革新和管理转变,普遍将智能电网作为未来电网的发展目标之一。美国智能电网关注网络基础架构的升级更新，同时最大限度的利用信息技术，实现机器智能对人工的替代。欧洲智能电网关注可再生能源的分布式能源的发展，并带动整个行业发展模式的转变。中国智能电网关注对电力生产和管理信息的数字化获取和整合，促进系统安全可靠性、企业效益和服务水平的持续提高。值得注意的是我国电网公司在积极开展“数字化电网、信息化企业”建设的同时,也在密切关注全球电力行业发展的这一新动向。 智能电网，是以实现地球可持续发展为总目标，维护能源的优化利用和降低碳排放量，从而达到生态平衡和环境稳定。 2.风能及风力发电 在自然界中，风是一种可再生、无污染而且储量巨大的能源。随着全球气候变暖和能源危机，各国都在加紧对风力的开发和利用，尽量减少二氧化碳等温室气体的排放，保护我们赖以生存的地球。在自然界的能源中，风能是极其丰富的。据粗略估计，近期可以利用的风能总功率约为106～107兆瓦，这个数值比全世界可以利用的水力资源大10倍。但是，这笔巨大的自然财富还有待人类去大力开发。风力发电可分为离网型和并网型两种。离网型风力发电规模较小,通过蓄电池等储能装置或与其它能源发电技术相结合(如风电-水电互补系统、风电-柴油机组联合供电系统),可以解决偏远地区的供电问题;并网型风力发电是指接入电力系统运行且规模较大的风力发电场,并网运行的风力发电场可以得到大电网的补偿和支撑,更加充分地开发可利用的风力资源,是风力发电的主要发展方向。
发电设备(2009No.5) 风电场风能资源评估 收稿日期:2009-05-10 作者简介:魏子杰(1973),男,工程师,主要从事电站动力设备的开发技术工作。 新能源 风电场风能资源评估 魏子杰, 段宇平 (中能电力科技开发有限公司,北京100034) 摘 要:结合甘肃省玉门市低窝铺二期风电场工程对测风资料进行了分析,得出1年中各月份的平均风速,10m 高及70m 高处各等级风速的百分比,风向分布等,可得出主风向、年风功率密度及年风能可利用小时数,从而实现对风能资源的精确评估。 关键词:风电场;风能资源;有效风速;年可利用小时 中图分类号:T M 614 文献标识码:A 文章编号:1671-086X(2009)05-0376-03 Wind Energy Resource Assessment for Wind Farm WEI Z-i jie, D UA N Yu -ping (Z hong N eng Power -Tech D evelopment Co.,Ltd.,Beijing 100034,China) Abstract:By a na ly zing the w ind me asur eme nt data o f G ansu Y umen D iw opu se cond -phase w ind f ar m pr o ject,the mo nthly ave ra ge w ind speed in a ye ar ,the perce nt age o f w ind spe ed a t v ar io us scales at heig ht 10m and 70m as w ell as specific air dir ection distribution ar e o btained,thus the main wind dir ection,annual wind pow er density and applica ble ho ur s o f annual w ind ener gy can be estimate d.T his m akes it po ssible to per fo rm accur ate a ssessment fo r the wind e ne rg y r eso ur ce. Keywords:w ind f arm ;w ind energ y r eso ur ce;e ff ectiv e w ind speed;annual a pplicable hour 风电是绿色可再生能源,发展风电是实施能源可持续发展战略的重要措施。我国目前正在大力加快风电建设。甘肃省玉门市有着较为丰富的风力资源,具备规模开发、商业化运营条件。风能资源的评估是风电场建设成败的关键。本文在玉门气象站测风数据的基础上对低窝铺的风能资源进行了评估[110]。 1 风电场概况 玉门市位于昌马河冲积扇地带,扇腰以上为戈壁,以下为绿洲。该地区属典型的温带大陆性气候,昼夜温差大,降水量小,蒸发量大;地势自东南向西北倾斜,形成两山夹一谷的地形,成为 东西风的通道。由于大气环流和特殊地形等原因,该地区风能资源丰富,全市风能资源理论储 量约3.0@107kW 。低窝铺风电场二期位于甘肃省酒泉地区玉门市玉门镇西南约15km,分布在低窝铺风电场一期的东西两侧。地势平坦,场地开阔,地势总体为西南高、东北低,海拔1556~1620m,地形起伏不大。 2 测风数据来源 玉门气象站位于风电场的东北方向约12km ,是距风电场最近的气象站,属于国家基本气象站。目前,采用经国家鉴定的上海气象仪器厂生产的EL 型电接风向风速仪,安装高度为10.6m 。该站具有30年以上各气象要素的长期观测资料可作比对。业主单位甘肃洁源风电公司提供了3座测风塔的数据,由于2号、3号测风塔现场采集的测量数据完整率低于98%,不符合5风 # 376#
各风电场基本资料 一、大唐北架风电场基本情况 大唐北架风电场位于黑龙江省桦南县阎家镇，东经130°28′6.72″，北纬46°05′7.86″。 电场分一、二期工程。其中一期工程为33台1.5MW风力发电机，装机容量49.5MW，二期工程同样为33台1.5MW 风力发电机，装机容量49.5MW，总装机容量99MW。 一、二期工程公用一个220KV升压站通过一条220KV线路，即芦北线接入佳木斯电业局芦家一次变220KV系统。具体情况如下：
二、古力风电场基本情况 古力风电场位于黑龙江省富锦市大榆树镇，东经：132°15′北纬，47°13′。 电场分一、二、三期工程。其中一期工程为18台1.5MW 风力发电机，装机容量27MW，二期工程同样为22台1.5MW
风力发电机，装机容量33MW，总装机容量60MW，三期工程目前尚在规划中，预计建设33台1.5MW风力发电机。 一、二期工程公用一个66KV升压站通过两条66KV线路，即锦乌甲线、锦乌乙线接入佳木斯电业局富锦一次变66KV 系统。具体情况如下：
三、富裕风电场基本情况 富裕风电场位于黑龙江省齐齐哈尔市东北富裕县城西南嫩江东岸塔哈乡，东经：124°0′-125°2′，北纬：47°18′-48°1′。 电场一期工程为33台1.5MW风力发电机，总装机容量49.5MW，二期工程尚在规划中。 一期工程由一个110KV升压站通过一条110KV线路，即北裕甲线接入齐齐哈尔电业局北郊一次变110KV系统。具体情况如下：
四、瑞好风电场基本情况 瑞好风电场位于黑龙江省大庆市杜尔伯特蒙古族自治县巴彦查干乡，东经：124°02′北纬：46°32′。 电场装有26台1.5MW风力发电机和10台1.0MW风力发电机，总装机容量49.0MW。 由一个110KV升压站通过一条110KV线路，即傲瑞线接入大庆电业局110KV傲林变，再由110KV锋傲线接入大庆电业局先锋一次变110KV系统。具体情况如下：
第五章全功率变流器风电机组的工作原理及控制策略 5.1 全功率变流器风电机组的工作原理 (2) 5.1.1全功率变流器风电机组传动链形式 (2) 5.1.2同步发电机 (2) 5.1.3永磁同步风力发电机结构及特点 (5) 5.1.4电励磁同步风力发电机结构及特点 (15) 5.2 全功率变流器风电机组变流器 (16) 5.2.1 电机侧变流器控制策略 (18) 5.2.1 电网侧变流器控制策略 (19)
5.1 全功率变流器风电机组的工作原理 5.1.1全功率变流器风电机组传动链形式 随着现代风电机组的额定功率呈现上升趋势，风轮桨叶长度逐渐增加而转速降低。例如：额定功率为5MW的风电机组桨叶长度超过60米，转子额定转速为10rpm左右。当发电机为两对极时，为了使5MW风力发电机通过交流方式直接与额定频率为50Hz的电网相连，机械齿轮箱变速比应为150。齿轮箱变速比的增加，给兆瓦级风电机组变速箱的设计和制造提出了挑战。风电机组功率及变速箱变速比增大时，其尺寸、重量及摩擦磨损也在增加。作为另外一种选择，风力发电机可以采用全功率变流器以AC/DC/AC的方式与电网相连。 全功率变流器是一种由直流环节连接两组电力电子变换器组成的背靠背变频系统。这两个变频器分别为电网侧变换器和发电机侧变换器。发电机侧变换器接受感应发电机产生的有功功率，并将功率通过直流环节送往电网侧变换器。发电机侧变换器也用来通过感应发电机的定子端对感应发电机励磁。电网侧变换器接受通过直流环节输送来的有功功率，并将其送到电网，即它平衡了直流环节两侧的电压。根据所选的控制策略，电网侧变换器也用来控制功率因数或支持电网电压。 5.1.2同步发电机 发电系统使用的同步发电机绝大部分是三相同步发电机。同步发电机主要包括定子和转子两部分。定子是同步发电机产生感应电动势的部件，由定子铁芯、三相电枢绕组和起支撑及固定作用的机座组成。转子的作用是产生一个强磁场，并且可以由励磁绕组进行调节，主要包括转子铁心、励磁绕组、滑环等。同步发电机的励磁系统一般分为两类，一类是用直流发电机作为励磁电源的直流励磁系统，另一类是用整流装置将交流变成直流后供给励磁的整流励磁系统。发电机容量大时，一般采用整流励磁系统。同步发电机是一种转子转速与电枢电动势频率之间保持严格不变关系的交流电机。 同步发电机的转子基木上是一个大的电磁铁。磁极有凸极和隐极两种结构。凸极转子结
故障分类可能故障故障报警 主板故障1、A/D芯片故障，导致采样异常。 2、通用I/O故障，导致无控制输入输出。 3、板上电源故障，导致部分芯片无法正 常工作。 4、DSP芯片故障，系统瘫痪。 5、EPWM输出故障，驱动异常。1、过欠压，过欠流，或相序错误。 2、反馈异常。 3、不定。 4、无法启动。 5、励磁失败。 驱动电路故障1、电/光转换电路故障。 2、光纤超限折弯，信号无法输出。 3、光/电转换故障。 4、驱动板输出故障。1、励磁失败。 2、励磁失败。 3、励磁失败。 4、励磁失败。 IGBT故障1、IGBT烧毁。 2、IGBT反馈信号电路故障。1、IGBT故障/过流。 2、IGBT故障。 辅助电源故障1、给主板供电的辅助电源故障，系统瘫 痪。 2、采样电路供电的辅助电源故障，采样 有误。 3、驱动板供电的辅助电源故障，IGBT 无法被驱动。 4、给继电器供电的辅助电源故障，继电 器不动作。1、主控无供电。 2、过欠压，过欠流，或相序错误。 3、励磁失败。 4、反馈异常。 Chooper电路故障1、Chooper电路无法驱动，不能进行放 电。 2、Chooper电路IGBT烧毁，不能进行 放电。 3、Chooper电路处于常导通状态，无法 为母线充电。1、chooper IGBT故障。 2、chooper IGBT故障。 3、母线欠压。 电缆故障1、对地短路。 2、对地高阻故障，三相不平衡。 3、相间短路。1、欠压，过流，缺相。 2、欠压，过流，缺相。 3、烧毁。 通信故障1、DSP与PLC通信故障，系统命令无 法下达，停机。 2、触摸屏通信故障，无法本地操作。 3、与主控通信故障，系统停机。1、通信故障，或反馈异常。 2、无故障报警。触摸屏无法操作。 3、与主控通信故障。 采样电路故障1、电压/电流传感器损坏，数据异常。 2、M线受干扰，采样异常。1、欠压，欠流，缺相。 2、过欠压，过欠流，或相序错误。 接触不良故障1、主回路接触不良。 2、控制回路接触不良。 3、光纤接触被污染。1、欠压，欠流，缺相。 2、不定。 3、励磁失败。 其他故障1、元件损坏，如继电器、接触器等。 2、软件故障，因低温或雷击等导致程序 丢失。 3、加热器故障，导致系统无法启动。
电力技术标准汇编水电水利与新能源部分第13册 12 GB/T 18710-2002 风电场风能资源评估方法
目次 前言 1范围 2引用标准 3定义 4测风数据要求 5测风数据处理 6风能资源评估的参考判据 附录A（提示的附录）数据订正的方法 附录B（标准的附录）风况参数的计算方法 附录C（提示的附录）订正后的风况数据报告格式（示例）附录D（提示的附录）风况图格式（示例）
前言 本标准是在总结我国风电场项目选址过程中评估风能资源的经验基础上，参考力争国外有关标准和规范编制的。主要有美国风能协会标准AWEA8.2—1993《推荐的风能转换系统选址方法（RECOMMENDED PRACTICE FOR THE SITING OF WIND ENERGY CONVERSION SYSTEMS）》，以及美国国家可再生能源实验室规范NREL/SR-440-22223《风能资源评估手册（WIND RESOURCE ASSESSMENT HANDBOOK）》。 本标准的附录B是标准的附录，附录A、附录C和附录D是提示的附录。 本标准由科学技术部、国家电力公司提出。 本标准由全国能源基础与管理标准化技术委员会新能源和可再生能源分技术委员会归口。 本标准由中国水利水电建设工程咨询公司负责起草。 本标准主要起草人：施鹏飞、朱瑞兆、娄慧英、易跃春、刘文峰、谢宏文。 中华人民共和国国家标准
风电场风能资源评估方法 GB/T18710-2002 Methodlogy of wind energy resource assessment for wind farm 1范围 本标准规定了评估风能资源应收集的气象数据、测风数据的处理及主要参数的计算方法、风功率密度的分级、评估风能资源的参考判据、风能资源评估报告的内容和格式。 本标准适用于风电场风能资源评估。 2 引用标准 下列标准所包含的条文，通过在本标准中引用而构成为本标准的条文。在标准出版时，所示版本均为有效。所有标准都会被修订，使用本标准的各方应探讨使用下列标准最新版本的可能性。 GB/T 18709-2002 风电场风能资源测量方法 3 定义 本标准采用下列定义。 3．1 风场 wind site 拟进行风能资源开发利用的场地、区域或范围。 3．2 风电场 wind farm
1、双馈型风力发电系统的运行原理 双馈型风力发电系统结构图如图1所示，由风轮机、齿轮箱、变桨结构、偏航机构、双馈电机、变流器、变压器、电网等构成。其工作过程为：当风吹动风轮机转动时，风轮机将其捕获的风能转化为机械能再通过齿轮箱传递到双馈电机，双馈电机将机械能转化为电能，再经变流器及变压器将其并入电网。通过系统控制器及变流器对桨叶、双馈电机进行合理的控制使整个系统实现风能最大捕获，同时，通过对变桨机构、变流器及Crowbar 保护电路的控制来应对电力系统的各种故障。 双馈异步发电机的定子与转子两侧都可以馈送能量，由于转子侧是通过变频器接入的低频电流起到了励磁作用，因此又名交流励磁发电机。双馈异步发电机主机结构特点是：定子与一般三相交流发电机定子一样，具有分布式绕组；转子不是采用同步发电机的直流集中绕组，而是采用三相分布式交流绕组，与三相绕线式异步机的转子结构相似。正常工作时，定子绕组并入工频电网，转子绕组由一个频率、幅值、相位都可以调节的三相变频电源供电，转子励磁系统通常采用交-直-交变频电源供电。 图1、双馈风力发电系统结构图 双馈异步发电机在稳态运行时，定子旋转磁场和转子旋转磁场在空间上保持相对静止，此时有如下数学关系表达式： 12 r n n n =±2160f n n f r p ±=
12 11 r n n n s n n ?==±式中，1n 、r n 、2n 分别为定子电流产生磁场的旋转速度、转子旋转速度和转子电流产生磁场相对于转子的旋转速度，1f 、2f 分别为定、转子电流频率，p n 为发电机极对数，s s n n n s ?=为发电机的转差率。由上式可知，当发电机转子转速r n 发生变化时，若调节转子电流频率2f 相应变化，可使1f 保持恒定不变，实现双馈异步发电机的变速恒频控制。当r n <1n 时，电机处于亚同步速运行状态，转子旋转磁场相对于转子的旋转方向与转子旋转方向相同，变频器向转子提供交流励磁，定子向电网馈出电能；当r n >1n 时，电机处于超同步速运行状态，转子旋转磁场相对于转子的旋转方向与转子旋转方向相反，此时定、转子均向电网馈出电能；当r n =1n 时，2f =0，变频器向转子提供直流励磁，此时电机作为普通隐极式同步发电机运行。 双馈电机转子侧接变流器，其调速的基本思想就是要在转子回路上串入附加电势，通过调节附加电势的大小、相位和相序来实现双馈调速。与传统的直流励磁同步发电机相比，双馈异步发电机励磁系统的调节量由一个变为三个，即励磁电流的幅值、频率和相位。所以，调节励磁不仅可以调节发电机的无功功率，还可以调节发电机的有功功率和转子转速。因此，该电机在提高电力系统稳定性、变速运行能力方面有着优良的特性。 2.变速恒频双馈风力发电机运行工况 2.1双馈电机在不同工作状态下的功率分布流程 从上面对双馈电机的分析，我们可以建立双馈电机在不同情况下的运行状态，并且同时分析在该种情况下的功率流程。主要讨论的是定子侧功率1P （向电网输出电能时为正，吸收电网电能时为负），转差功率s P （向电网馈送电能时为正，吸收电网电能时为负）和机械功率mec P （电机吸收机械功率为正，电机输出机械功率时为负）。 1）双馈电机运行于超同步发电机情况下：