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

1、產(chǎn)品技術(shù)基礎(chǔ)培訓(xùn)之 風(fēng)力發(fā)電機(jī)組工作原理基礎(chǔ) 江蘇華創(chuàng)光電科技有限公司,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),風(fēng)力發(fā)電背景,3,一、化石能源枯竭,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造成的。,化石燃料占二氧化碳排放量比重,世界能源利用發(fā)展趨勢從依賴常規(guī)化石能源如石油、煤、天然氣）轉(zhuǎn)向充分利用可再生能源（風(fēng)能、太陽能、生物質(zhì)能等）。其中風(fēng)電可以減少溫室氣體排放，平均每提供100萬千瓦時(shí)的

2、電量，可以減少600噸二氧化碳排放量。 2009年，全球二氧化碳含量由于風(fēng)能的應(yīng)用減少了228.7Mt，相當(dāng)于全年因發(fā)電而產(chǎn)生的二氧化碳總量的1.93%。 特點(diǎn)： 風(fēng)能是一種取之不盡用之不竭的能源 利用風(fēng)能可以在相對短的時(shí)間內(nèi)產(chǎn)出大量電能 風(fēng)能是一種不產(chǎn)生二氧化碳的能源形式，有利于減少溫室氣體的排放,5,風(fēng)能是地球表面大量空氣流動(dòng)所產(chǎn)生的動(dòng)能。由于地面各處受太陽輻照后氣溫變化不同和空氣中水蒸氣的含量不同，因而引起大氣層中壓力分布不均，在水平方向高壓空氣向低壓地區(qū)流動(dòng)，即形成風(fēng)。 風(fēng)能作為一種高效清潔的永不枯竭的能源正受到越來越多國家的高度重視。 全球的風(fēng)能約為2.74109MW，其中可利用的風(fēng)

3、能為2107MW，是全球可開發(fā)利用水能資源總量的10多倍，相當(dāng)于10800億噸標(biāo)準(zhǔn)煤產(chǎn)生的能量，約是全世界目前能源消費(fèi)量的100倍。,6,風(fēng)能,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),風(fēng)電機(jī)組的工作原理和結(jié)構(gòu),風(fēng) 電 機(jī)組,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,10,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),11,風(fēng)電機(jī)組的工作原理和結(jié)構(gòu),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

4、數(shù)，并保證其回轉(zhuǎn)精度,風(fēng)力機(jī)的結(jié)構(gòu)組成,組成：輪轂 葉片 控制系統(tǒng),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,2、風(fēng)力機(jī)的結(jié)構(gòu)組成,14,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。 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。 充電器：帶有充電控制和電壓檢測裝置。 轉(zhuǎn)換器：三相兩路裝置，用于向變槳電機(jī)輸送直流電。 變槳控制器 除變槳電機(jī)，其余部件都在軸

5、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,2、風(fēng)力機(jī)的結(jié)構(gòu)組成,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。,2、風(fēng)力機(jī)的結(jié)構(gòu)組成,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),2、風(fēng)力機(jī)的結(jié)構(gòu)組成,17,控制器

6、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),2、風(fēng)力機(jī)的結(jié)構(gòu)組成,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。,葉片的制造,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。,葉片的制造,20,葉片分為兩扇，分別

7、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,葉片的制造,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。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。,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

8、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。,雙饋機(jī)型,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

9、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,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)構(gòu) 風(fēng)電機(jī)組控制系統(tǒng),25,風(fēng)力機(jī)控制系統(tǒng),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

10、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),27,28,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，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。,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）,30,原理,液壓變槳 變槳距伺服