2022年风力发电技术常识 .pdf

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1、风力发电技术常识 图文(2002-7-2) 转子空气动力学为了解风在风电机的转子叶片上的移动方式，我们将红色带子绑缚在模型风电机的转子叶片末端。黄色带子距离轴的长度是叶片长度的四分之一。我们任由带子在空气中自由浮动。本页的两个图片，其中一个是风电机的侧视图，另一个使风电机的正视图。大部分风电机具有恒定转速， 转子叶片末的转速为64 米/ 秒，在轴心部分转速为零。 距轴心四分之一叶片长度处的转速为16 米/ 秒。 图中的黄色带子比红色带子，被吹得更加指向风电机的背部。 这是显而易见的， 因为叶片末端的转速是撞击风电机前部的风速的八倍。为什么转子叶片呈螺旋状？大型风电机的转子叶片通常呈螺旋状。 从

2、转子叶片看过去，并向叶片的根部移动，直至到转子中心，你会发现风从很陡的角度进入比地面的通常风向陡得多。如果叶片从特别陡的角度受到撞击，转子叶片将停止运转。 因此，转子叶片需要被设计成螺旋状，以保证叶片后面的刀口，沿地面上的风向被推离。风电机结构精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 1 页，共 5 页机舱：机舱包容着风电机的关键设备，包括齿轮箱、发电机。维护人员可以通过风电机塔进入机舱。机舱左端是风电机转子，即转子叶片及轴。转子叶片：捉获风，并将风力传送到转子轴心。现代600 千瓦风电机上，每个转子叶片的测量长度大约为20 米，而且被设计得

3、很象飞机的机翼。轴心：转子轴心附着在风电机的低速轴上。低速轴：风电机的低速轴将转子轴心与齿轮箱连接在一起。在现代 600千瓦风电机上，转子转速相当慢， 大约为 19 至 30 转每分钟。轴中有用于液压系统的导管，来激发空气动力闸的运行。齿轮箱：齿轮箱左边是低速轴，它可以将高速轴的转速提高至低速轴的50 倍。高速轴及其机械闸：高速轴以1500 转每分钟运转，并驱动发电机。它装备有紧急机械闸，用于空气动力闸失效时，或风电机被维修时。发电机：通常被称为感应电机或异步发电机。在现代风电机上， 最大电力输出通常为 500 至 1500 千瓦。偏航装置： 借助电动机转动机舱， 以使转子正对着风。 偏航装置

4、由电子控制器操作，电子控制器可以通过风向标来感觉风向。图中显示了风电机偏航。通常，在风改变其方向时，风电机一次只会偏转几度。精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 2 页，共 5 页电子控制器：包含一台不断监控风电机状态的电脑，并控制偏航装置。为防止任何故障即齿轮箱或发电机的过热，该控制器可以自动停止风电机的转动，并通过调制解调器来呼叫风电机操作员。液压系统：用于重置风电机的空气动力闸。冷却元件：包含一个风扇，用于冷却发电机。此外，它包含一个油冷却元件，用于冷却齿轮箱内的油。一些风电机具有水冷发电机。风电机偏航装置风电机偏航装置用于将风电机

5、转子转动到迎风的方向。偏航误差当转子不垂直于风向时， 风电机存在偏航误差。 偏航误差意味着，风中的能量只有很少一部分可以在转子区域流动。如果只发生这种情况，偏航控制将是控制向风电机转子电力输入的极佳方式。但是，转子靠近风源的部分受到的力比其它部分要大。一方面，这意味着转子倾向于自动对着风偏转，逆风或顺风的汽轮机都存在这种情况。另一方面，这意味着叶片在转子每一次转动时，都会沿着受力方向前后弯曲。 存在偏航误差的风电机， 与沿垂直于风向偏航的风电机相比，将承受更大的疲劳负载。偏航机构几乎所有水平轴的风电机都会强迫偏航。即，使用一个带有电动机及齿轮箱的机构来保持风电机对着风偏转。 本图显示的是 75

6、0 千瓦风电机上的偏航机构。 我们可以看到环绕外沿的偏航轴承， 及内部偏航马达及偏航闸的轮子。几乎所有逆风精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 3 页，共 5 页设备的制造商都喜欢在不需要的情况下，停止偏航机构。 偏航机构由电子控制器来激发。电缆扭曲计数器电缆用来将电流从风电机运载到塔下。但是当风电机偶然沿一个方向偏转太长时间时，电缆将越来越扭曲。 因此风电机配备有电缆扭曲计数器，用于提醒操作员应该将电缆解开了。 类似于所有风电机上的安全机构，系统具有冗余。 风电机还会配备有拉动开关，在电缆扭曲太厉害时被激发。穆格开发出风力发电机桨距控制

7、系统(2008-4-8) 日本穆格 Moog 开发出风力发电机的桨距控制系统，将正式涉足风力发电机市场。富士重工业已决定在该公司的风力发电机“SUBARU 80/2.0 ”额定功率 2.0MW 上采用，日本穆格还打算提供应其它公司。桨距控制系统是根据风力发电机所处环境的风力状况，改变叶片朝向角度的装置。目的是通过控制叶片角度，在风力较弱时提高转速，而当风力过强时则降低转速，从而以稳定的额定值发电。除这一功能外，该公司的桨距控制系统还可在暴风时，防止风力负荷过重而导致风力发电机损坏，而且还可防振、防噪。在额定功率为数 MW 级的大型发电机方面，为了提高输出功率，叶片长度有变长趋势加大受风部，例如

8、SUBARU 80/2.0 的受风部直径为80m ，强度要求越来越严格。 另外，叶片最高点与最低点的风速有相当大的差距，叶片因位置不同，最正确角度也不同。因此，出于安全性和发电效率的角度，日本穆格代表董事社长 美国穆格 International Group 副总裁、亚太地区总经理Sean Gartland表示，桨距控制系统越来越重要。该系统的组成部分包括： 实际改变叶片角度的“ EMA 电动致动器 单元”、控制 EMA 单元的“从驱动单元”、 相当于整个系统指令部的“主驱动单元”、用于电气性连接主驱动单元与上游控制器 风力发电机自身的指令部 的“滑环”，以及检测叶片角度的传感器等。从驱动单元

9、与主驱动单元配备在支撑叶片的轮毂内部，与叶片一同转动。 滑环备有用于与转动的主驱动单元连接的机构。EMA 元件由 AC伺服电动机、减速机及电磁制动器等构成。一般来说，配备的个数与叶片数 SUBARU 80/2.0 为 3 个相同。从驱动单元的数目也与EMA 元件相同，不过其中 1 个由主驱动单元“兼任”。 另外，主驱动单元还具有通过远精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 4 页，共 5 页程操作进行维护的通信功能。 主驱动单元具有与上游控制器及其它外部元件相互通信功能，仅这一点与从驱动元件不同。主驱动单元定期接受来自上游控制器的指令具体的叶片角度 ，并将其传达给各从驱动单元。 通过 EMA 单元来改变叶片角度。 另外，还接受角度传感器的反馈，检查是否准确地改变了叶片角度。经过这一连串的工作， 实现了各叶片的独立控制。日本穆格与富士重工业共同制定了该系统的技术性能指标，在从07 年 4 月开始的约 6 个月时间内以实机进行了评测试验。富士重工业表示，估计SUBARU 80/2.0 在 08 年内将供货 20台左右。精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 5 页，共 5 页