風(fēng)力發(fā)電機(jī)結(jié)構(gòu)及原理培訓(xùn)

1、會(huì)計(jì)學(xué)1風(fēng)力發(fā)電機(jī)結(jié)構(gòu)及原理培訓(xùn)風(fēng)力發(fā)電機(jī)結(jié)構(gòu)及原理培訓(xùn)第1頁/共42頁2目錄 風(fēng)力發(fā)電背景風(fēng)電機(jī)組的工作原理 風(fēng)電機(jī)組的結(jié)構(gòu) 風(fēng)電機(jī)組控制系統(tǒng)第2頁/共42頁3一、化石能源枯竭全球能源形勢礦物燃料消耗過度環(huán)境壓力日益嚴(yán)重每年消耗56億噸煤25億噸石油至2030年二氧化碳排放上漲50%，每年420多億噸石油價(jià)格波動(dòng)，煤炭價(jià)格持續(xù)上漲煤炭150年，石油80年枯竭能源安全受到挑戰(zhàn)第3頁/共42頁4二、碳排放和溫室效應(yīng) 各種全球變暖背景下的極端氣候影響在世界各國頻頻上演，暴雪、颶風(fēng)、洪水、干旱全球氣候變暖還引起冰川崩塌消融、海平面上升、糧食減產(chǎn)、物種滅絕全球氣候變化是由化石燃料燃燒排放大量溫室氣體而

2、造成的?；剂险级趸寂欧帕勘戎鼗茉?006二氧化碳排放量 Mt2008二氧化碳排放量 Mt百分比煤煤8336867273.5%石油石油8828597.2%燃?xì)馊細(xì)?217232019.6%總量總量1143511851100%第4頁/共42頁5第5頁/共42頁6風(fēng)能第6頁/共42頁7目錄 風(fēng)力發(fā)電背景風(fēng)電機(jī)組的工作原理 風(fēng)電機(jī)組的結(jié)構(gòu) 風(fēng)電機(jī)組控制系統(tǒng)第7頁/共42頁風(fēng)電機(jī)組的工作原理和結(jié)構(gòu)風(fēng) 電 機(jī)組 第8頁/共42頁風(fēng)電機(jī)組的工作原理和結(jié)構(gòu)風(fēng)力發(fā)電機(jī)組（以下簡稱風(fēng)力機(jī)）是一種將風(fēng)能轉(zhuǎn)換為電能的能量轉(zhuǎn)換裝置風(fēng)電傳動(dòng)系發(fā)電機(jī)葉 輪傳動(dòng)系發(fā)電機(jī)葉 輪控制系統(tǒng)第9頁/共42頁10目錄 風(fēng)力

3、發(fā)電背景風(fēng)電機(jī)組的工作原理 風(fēng)電機(jī)組的結(jié)構(gòu) 風(fēng)電機(jī)組控制系統(tǒng)第10頁/共42頁11風(fēng)電機(jī)組風(fēng)電機(jī)組風(fēng)輪風(fēng)輪輪轂輪轂変変槳槳導(dǎo)流罩導(dǎo)流罩機(jī)艙機(jī)艙主軸系統(tǒng)主軸系統(tǒng)增速箱增速箱發(fā)電機(jī)發(fā)電機(jī)偏航偏航剎車剎車散熱排風(fēng)散熱排風(fēng)機(jī)艙罩機(jī)艙罩風(fēng)速風(fēng)向儀風(fēng)速風(fēng)向儀塔架塔架風(fēng)電機(jī)組的工作原理和結(jié)構(gòu)第11頁/共42頁12機(jī)艙內(nèi)部結(jié)構(gòu)輪轂：連接主軸與葉片，將風(fēng)力對葉片的作用載荷傳遞給主軸以及齒輪箱軸承：支撐機(jī)械旋轉(zhuǎn)體，降低其運(yùn)動(dòng)過程中的摩擦系數(shù)，并保證其回轉(zhuǎn)精度第12頁/共42頁13葉片輪轂主傳動(dòng)系統(tǒng)主軸變槳電機(jī)風(fēng)輪將風(fēng)能轉(zhuǎn)化為機(jī)械能，600 kW的風(fēng)力機(jī)葉片的長度為21米。類型：單葉片、雙葉片、三葉片和多葉片 定槳

4、風(fēng)輪和變槳風(fēng)輪輪轂：連接主軸與葉片，將風(fēng)力對葉片的作用載荷傳遞給主軸以及齒輪箱第13頁/共42頁14p 變槳電機(jī)： 每個(gè)葉片都有一個(gè)變槳電機(jī)，并帶有剎車、測速傳感器、編碼器及強(qiáng)制空冷裝置。p 備用電源：用于電網(wǎng)斷電和安全鏈中斷時(shí)葉片的變槳控制。p 充電器：帶有充電控制和電壓檢測裝置。p 轉(zhuǎn)換器：三相兩路裝置，用于向變槳電機(jī)輸送直流電。p 變槳控制器 除變槳電機(jī)，其余部件都在軸控制柜或公用控制柜內(nèi)，每個(gè)葉片都有單獨(dú)控制器。結(jié)構(gòu)和功能第14頁/共42頁15主 軸：支撐輪轂和傳遞負(fù)載（軸向力，剪力（徑向力）， 彎矩和扭矩）主傳動(dòng)系統(tǒng)低速軸 ：聯(lián)接葉輪輪轂與齒輪箱。低速軸是中空軸，內(nèi)部穿過液壓管路控制

5、氣動(dòng)剎車高速軸 ：轉(zhuǎn)速大約為1500轉(zhuǎn)/分，它的作用是帶動(dòng)發(fā)電機(jī)。同時(shí)在高速軸上安裝有一套機(jī)械剎車。第15頁/共42頁16主傳動(dòng)系統(tǒng)齒輪箱 一側(cè)連接低速軸，另一側(cè)連接高速軸高速軸 轉(zhuǎn)速大約為1500轉(zhuǎn)/分，它的作用是帶動(dòng)發(fā)電機(jī)。同時(shí)在高速軸上安裝有一套機(jī)械剎車發(fā)電機(jī) 發(fā)電機(jī)通常被稱為感應(yīng)型發(fā)電機(jī)或異步發(fā) 電機(jī)第16頁/共42頁17控制器 計(jì)算機(jī)持續(xù)監(jiān)控風(fēng)力發(fā)電機(jī)的狀態(tài)，控制偏航。在任何故障狀態(tài)下，計(jì)算機(jī)立即控制風(fēng)機(jī)停機(jī)。液壓系統(tǒng) 作用是控制風(fēng)力發(fā)電機(jī)氣動(dòng)剎車裝置。冷卻系統(tǒng) 包含有冷卻發(fā)電機(jī)的風(fēng)扇，冷卻齒輪油的散熱器，一些風(fēng)力發(fā)電機(jī)還裝設(shè)有發(fā)電機(jī)水冷裝置。偏航系統(tǒng) 通過偏航電機(jī)推動(dòng)機(jī)艙對風(fēng)第17

6、頁/共42頁18塔架 作用是承載機(jī)艙和葉輪。一臺(tái)600千瓦風(fēng)力發(fā)電機(jī)的塔架約為40-60米高。塔架有錐形圓柱鋼塔架，也有桁架式塔架 ，在其內(nèi)部裝有梯子。風(fēng)速儀和風(fēng)向標(biāo) 用于測量風(fēng)速和風(fēng)向。第18頁/共42頁19葉片必須有足夠的強(qiáng)度，因此，在每一個(gè)葉片內(nèi)部都有一根與葉片長度幾乎一樣長的梁。第19頁/共42頁20葉片分為兩扇，分別進(jìn)行生產(chǎn)，然后，將兩扇組合起來，就形成了一個(gè)完整的的葉片。圖中的工人正在給玻璃鋼上鋪塑膠。 在兩扇葉片組合之前，先將那根梁放在中間 第20頁/共42頁21兩扇葉片放入一個(gè)模具然后合上。然后將給其加熱，使得玻璃鋼更加堅(jiān)固。葉片表面必須足夠光滑，使得風(fēng)穿過葉片表面時(shí)不會(huì)減速。

7、因此，在一些刮擦痕處須填充玻璃纖維。最后，對葉片進(jìn)行打磨拋光直到葉片表面光滑為止。第21頁/共42頁22雙饋式的特點(diǎn)： 雙饋電機(jī)定子直接與電網(wǎng)相連，轉(zhuǎn)子側(cè)通過功率變換器（一般為雙PWM 交直交型變換器）連接到電網(wǎng)。該功率變換器的容量僅為電機(jī)容量的1/4左右，并且能量可以雙向流動(dòng)，這是這種機(jī)型的優(yōu)點(diǎn)。 該種機(jī)型是利用發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子勵(lì)磁頻率、定子輸出頻率和轉(zhuǎn)子機(jī)械頻率的關(guān)系，通過改變轉(zhuǎn)子的勵(lì)磁頻率而使機(jī)組完成變速恒頻運(yùn)行，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)最大風(fēng)能捕獲。 對電網(wǎng)而言，該系統(tǒng)利用矢量控制實(shí)現(xiàn)了輸出的有功和無功的解偶控制，可以為電網(wǎng)輸出無功，保證了輸出電能質(zhì)量。 此技術(shù)路線為技術(shù)最成熟、市場占有率最高的技術(shù)路線。

8、雙饋機(jī)型第22頁/共42頁23直驅(qū)式的特點(diǎn)： 風(fēng)輪直接與低速（多極）勵(lì)磁同步發(fā)電機(jī)（也有利用永磁同步發(fā)電的）相連，省去了故障多發(fā)部件-齒輪箱。電機(jī)全功率通過電力電子裝置連接到電網(wǎng)。利用電力電子技術(shù)可以控制系統(tǒng)輸出的有功和無功功率，同樣也可以使機(jī)組捕獲最大風(fēng)能； 齒輪傳動(dòng)不僅降低了風(fēng)電轉(zhuǎn)換效率和產(chǎn)生噪音，更是造成機(jī)械故障的主要原因，而且為減少機(jī)械磨損需要潤滑清洗等定期維護(hù)。采用無齒輪箱的直驅(qū)方式雖然提高了電機(jī)的設(shè)計(jì)成本，但卻有效的提高了系統(tǒng)的效率以及運(yùn)行可靠性；其缺點(diǎn)是：直驅(qū)發(fā)電機(jī)體積大而笨重 ，電機(jī)設(shè)計(jì)成本較高。 直驅(qū)機(jī)型第23頁/共42頁24目錄 風(fēng)力發(fā)電背景風(fēng)電機(jī)組的工作原理 風(fēng)電機(jī)組的結(jié)

9、構(gòu) 風(fēng)電機(jī)組控制系統(tǒng)第24頁/共42頁25風(fēng)力機(jī)控制系統(tǒng)第25頁/共42頁26主控系統(tǒng)：主控系統(tǒng)是風(fēng)機(jī)控制系統(tǒng)的主體，它實(shí)現(xiàn)自動(dòng)啟動(dòng)、自動(dòng)調(diào)向、自動(dòng)調(diào)速、自動(dòng)并網(wǎng)、自動(dòng)解列、故障自動(dòng)停機(jī)、自動(dòng)電纜解繞及自動(dòng)記錄與監(jiān)控等重要控制、保護(hù)功能。對外的三個(gè)主要接口系統(tǒng)就是監(jiān)控系統(tǒng)、變槳控制系統(tǒng)以及變頻系統(tǒng)（變頻器），它與監(jiān)控系統(tǒng)接口完成風(fēng)機(jī)實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)及統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)的交換，與變槳控制系統(tǒng)接口完成對葉片的控制，實(shí)現(xiàn)最大風(fēng)能捕獲以及恒速運(yùn)行，與變頻系統(tǒng)（變頻器）接口實(shí)現(xiàn)對有功功率以及無功功率的自動(dòng)調(diào)節(jié)。主控制系統(tǒng)第26頁/共42頁27第27頁/共42頁28變槳控制系統(tǒng)：控制時(shí)一般都以發(fā)電機(jī)額定功率或轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速為界，

10、即當(dāng)發(fā)電機(jī)輸出功率（轉(zhuǎn)速）低于額定值時(shí)，進(jìn)行變速恒頻控制，最大捕獲風(fēng)能；而當(dāng)輸出功率（轉(zhuǎn)速）高于額定值時(shí)，進(jìn)行變槳距控制，維持發(fā)電機(jī)功率在額定值附近。要實(shí)現(xiàn)真正的獨(dú)立變槳,輸入變量包括槳葉節(jié)距角變化和風(fēng)速，以及每個(gè)槳葉受力等,實(shí)現(xiàn)多變量控制。第28頁/共42頁29液壓變槳系統(tǒng)組成： 油箱、液壓動(dòng)力泵、動(dòng)力單元蓄壓器、液壓管路、旋轉(zhuǎn)接頭、變槳系統(tǒng)蓄壓器以及三套獨(dú)立的變槳裝置優(yōu)點(diǎn)：單位體積小、重量輕、扭矩大無需變速機(jī)構(gòu)，在失電時(shí)將蓄壓器作為備用動(dòng)力源對槳葉進(jìn)行順槳作業(yè)；增容便捷。缺點(diǎn)：漏油，對環(huán)境要求較高（溫度）第29頁/共42頁30原理液壓變槳 變槳距伺服控制系統(tǒng)的原理圖如圖1所示。變槳距控制系

11、統(tǒng)由信號(hào)給定、比較器、位置（槳距）控制器、速率控制器、D/A轉(zhuǎn)換器、執(zhí)行機(jī)構(gòu)和反饋回路組成。第30頁/共42頁31電動(dòng)變槳驅(qū)動(dòng)器、編碼器、限位開關(guān)、電池（超級(jí)電容）第31頁/共42頁32偏航系統(tǒng)第32頁/共42頁33偏航系統(tǒng)組成部件第33頁/共42頁34偏航系統(tǒng)組成部件第34頁/共42頁35偏航系統(tǒng)組成部件第35頁/共42頁36偏航系統(tǒng)組成部件第36頁/共42頁37第37頁/共42頁風(fēng)電機(jī)組的工作原理和結(jié)構(gòu)風(fēng)力發(fā)電機(jī)組（以下簡稱風(fēng)力機(jī)）是一種將風(fēng)能轉(zhuǎn)換為電能的能量轉(zhuǎn)換裝置風(fēng)電傳動(dòng)系發(fā)電機(jī)葉 輪傳動(dòng)系發(fā)電機(jī)葉 輪控制系統(tǒng)第38頁/共42頁39風(fēng)電機(jī)組風(fēng)電機(jī)組風(fēng)輪風(fēng)輪輪轂輪轂変変槳槳導(dǎo)流罩導(dǎo)流罩機(jī)艙機(jī)艙主軸系統(tǒng)主軸系統(tǒng)增速箱增速箱發(fā)電機(jī)發(fā)電機(jī)偏航偏航剎車剎車散熱排風(fēng)散熱排風(fēng)機(jī)艙罩機(jī)艙罩風(fēng)速風(fēng)向儀風(fēng)速風(fēng)向儀塔架塔架風(fēng)電機(jī)組的工作原理和結(jié)構(gòu)第39頁/共42頁40葉片輪轂主傳動(dòng)系統(tǒng)主軸變槳電機(jī)風(fēng)輪將風(fēng)能轉(zhuǎn)化為機(jī)械能，600 kW的風(fēng)力機(jī)葉片的長度為21米。類型：單葉片、雙葉片、三葉片和多葉片 定槳風(fēng)輪和變槳風(fēng)輪輪轂：連接主軸與葉片，將風(fēng)力對葉片的作用載荷傳遞給主軸以及齒輪箱第40頁/共42頁41兩扇葉片放入一個(gè)模具然后合上