2风电基础培训讲稿.doc

一、 风电机组的结构和部件并网型风力发电机组的功能是将风中的动能转换成机械能，再将机械能转换为电能，输送到电网中。对并网型风力发电机组的基本要求是在当地风况、气候和电网条件下能够长期安全运行，取得最大的年发电量和最低的发电成本。风的速度和方向是不断变化的，有时甚至非常激烈。而功率与风速的立方成正比。由于风力发电机组各个部件随时承受着交变载荷，因此风力发电机组对材料、结构、工艺和控制策略都提出了很高的要求。 并网型风力发电机组可分为机舱、风轮、塔架和基础几个部分。机舱内部又有自动偏航系统、液压系统、制动系统、发电机和控制系统、安全系统等。1.1、 机舱机舱由底盘和机舱罩组成，底盘上安装除了控制器以外的主要部件。机舱罩后部的上方装有风速和风向传感器，舱壁上有隔音和通风装置等，底部与塔架连接。风轮叶片齿轮箱风轮轴承变频器偏航系统风轮轮毂发电机底座61.2 风轮风轮是获取风中能量的关键部件，由叶片和轮毂组成。叶片具有空气动力外形，在气流作用下产生力距驱动风轮转动，通过轮毂将扭矩输入到传动系统。风轮按叶片数可以分为单叶片、双叶片、三叶片和多叶片风轮。其中三叶片风轮由于稳定性好，在并网型风力发电机组上得到广泛应用。按照叶片能否围绕其纵向轴线转动，可以分为定桨距风轮和变桨距风轮。定桨距风轮叶片与轮毂固定连接，结构简单，但是承受的载荷较大。在风轮转速恒定的条件下，风速增加超过额定风速时，如果风流与叶片分离，叶片将处于“失速”状态，风轮输出功率降低，发电机不会因超负荷而烧毁。变桨距风轮的叶片与轮毂通过轴承连接。虽然结构比较复杂，但能够获得较好的性能，而且叶片轴承载荷较小，重量轻。另外按转速的变化又可以分为定转速风轮和变转速风轮。变转速风轮的转速随风速变化可以使风轮保持在最佳效率状态下运行，获取更多的能量，并减小因阵风引起的载荷。但是变转速发电机的结构复杂，还需要通过交-直-交变流装置与电网频率保持同步的装置，又消耗了一些能量。1.3、 塔架与基础塔架支撑机舱达到所需要的高度，其上安置发电机和控制器之间的动力电缆、控制和通信电缆，还装有供操作人员上下机场的扶梯。大型机组还设有电梯。塔架结构有筒形和桁架两种形式。基础为钢筋混凝土结构，根据当地地址情况设计成不同的形式。其中心预置与塔架连接的基础部件，保证将风力发电机组牢牢的固定在基础上。基础周围还要设置预防雷击的接地系统。1.4 传动系统 传动系统包括主轴、齿轮箱和联轴节。轮毂与主轴固定连接，将风轮的扭矩传递给齿轮箱。有的风力发电机组将主轴与齿轮箱的输入轴合为一体。大型风力发电机组风轮的转速一般在10r/min30r/min范围内，通过齿轮箱增速到发电机的同步转速1500r/min(或1000 r/min)，经高速轴、联轴节驱动发电机旋转。 1.5 偏航系统由于风向经常改变，如果风轮扫掠面和风向不垂直，则不但功率输出减少，而且承受的载荷更加恶劣。偏航系统的功能就是跟踪风向的变化，驱动机舱围绕塔架中心线旋转，使风轮扫掠面与风向保持垂直。风向标是偏航系统的传感器，将风向信号发给控制器，经过与风轮的方位进行比较后，发出指令给偏航电动机或液压马达，驱动小齿轮沿着与塔架顶部固定的大齿轮移动，经过偏航轴承使机舱转动，直到风轮对准风向后停止。机舱在反复调整方向的过程中，有可能发生沿着同一方向累计转了许多圈，造成机舱与塔底之间的电缆扭绞，因此偏航系统应具备解缆功能，机舱沿着同一方向累计转了若干圈后，必需反向回转，直到扭绞的电缆松开。偏航轴承分为滑动轴型和滚动型，有的具备自锁功能，有的设置强制制动，但都应设置阻尼满足机舱转动时平稳不发生振动的要求。1.6 液压和制动系统液压系统主要是为油缸和制动器提供必要的驱动压力，有的强制润滑型齿轮箱亦需要液压系统供油。油缸主要是用于驱动定桨距风轮的叶尖制动装置或变桨距风轮的变桨机构。液压站由电动机、油泵、油箱、过滤器、管路及各种液压阀等组成。制动系统主要分为空气动力制动和机械制动两部分，有的风力发电机组只有机械制动。定桨距风轮的叶尖扰流器旋转约900。，或变桨距风轮处于顺桨位置均利用空气阻力使风轮减速或停止，属于空气动力制动。在主轴或齿轮箱的高速输出轴上设置的盘式制动器，属于机械制动。通常在运行时要让机组停机，首先采用空气制动，使风轮减速，再采用机械制动使风轮停转。1.7 发电机 发电机将风轮的机械能转换为电能，分为异步发电机和同步发电机两种。异步发电机的转速取决于电网的频率，只能在同步转速附近很小的范围内变化。当风速增加使齿轮箱高速输出轴转速达到异步发电机同步转速时，机组并入电网，向电网送电。风速继续增加，发电机转速也略为升高，增加输出功率。达到额定风速后，由于风轮的调节，稳定在额定功率不再增加。反之风速减小，发电机转速低于同步转速时，则从电网吸收电能，处于电动机状态，经过适当延时后应脱开电网。有的风力发电机组为了充分利用低风速时的风能，降低风轮转速，采用了可变极数的异步发电机，如从4极1500r/min变为6极1000r/min，但是这种发电机仍然可以看作是基本上恒定转速的。普通异步发电机结构简单，可以直接并入电网，无需同步调节装置，缺点是风轮转速固定后效率较低，而且在交变的风速作用下，承受较大的载荷。为了克服这些不足之处，相继开发出了高滑差异步发电机和变转速双馈异步发电机。同步发电机的并网一般有两种方式：一种是准同期直接并网，这种方法在大型风力发电中极少采用；另一种是交-直-交并网。近年来，由于大功率电子元器件的快速发展，变速恒频风力发电机组得到了迅速的发展。同步发电机也在风力发电机中得到了广泛的应用。为了减少齿轮箱的传动损失和发生故障的概率，有的风力发电机组采用风轮直接驱动同步多极发电机，又称无齿轮箱风力发电机组。其发电机转速与风轮相同而且随着风速变化，风轮可以转换更多的风能，所承受的载荷较小，减轻部件的重量。缺点是这种发电机结构复杂制造工艺要求很高，需要变流装置才能与电网频率同步，经过转换又损失了能量。1.8 控制和安全系统控制系统包括控制和监测两部分，控制部分又分为手动和自动。运行维护人员可在现场根据需要进行手动控制，自动控制应该在无人值守的条件下实施运行人员设置的控制策略，保证机组正常安全运行。监测部分将各种传感器采集到的数据送到控制器，经过处理作为控制参数或作为原始记录储存起来，在机组控制器的显示屏上可以查询，也要送到风电场中央控制室的电脑系统，通过网络或电信系统现场数据还能传输到业主所在城市的办公室。安全系统要保证机组在发生非常情况时立即停机，预防或减轻故障损失，关键部件采用了“失效