2022大兆瓦风机变桨技术路线探讨

Passion.Enthusiasm.Tenacity.大兆瓦风机变桨技术路线探讨2022年7月9日1Passion.Enthusiasm.Tenacity.大兆瓦风机变桨技术路线探讨2022年7月9日1业内都在发展大兆瓦风机随着风机功率的增大，叶片越来越长，整机越来越重，降载就显得尤为重要。2厂家型号功率叶轮直径叶片长度扫风面积W/m2维斯塔斯V236-1515MW236m115m43742343西门子歌美飒SG14-222DD14MW222m108m39000359GEHaliade-X1313MW220m107m38000342业内都在发展大兆瓦风机随着风机功率的增大，叶片越来越长，整机越来越重，降载就显得尤为重要。2厂家型号功率叶轮直径叶片长度扫风面积W/m2维斯塔斯V236-1515MW236m115m43742343西门子歌美飒SG14-222DD14MW222m108m39000359GEHaliade-X1313MW220m107m38000342波塞冬（Poseidon）风场将安装61台20MW风机项目范围内共61台海上风电机组，机组额定功率高达20MW，风机高度为340波塞冬（Poseidon）风场将安装61台20MW风机项目范围内共61台海上风电机组，机组额定功率高达20MW，风机高度为340米，转子直径为310米，风场总容量为1220MW。3挑战----柔塔及长柔叶片 涡激振动涡激振动：流体流经非流线型结构物体时，结构物两侧周期性交替发生脱落其表面的漩涡，流向和垂直于流向的横向力，引发结构物振动，反过来又改变尾涡形式，这种流固耦合就是涡激振动1940年11月美国塔科马海峡吊桥NarrowsBridge）垮塌2020年5月5挑战----柔塔及长柔叶片 涡激振动涡激振动：流体流经非流线型结构物体时，结构物两侧周期性交替发生脱落其表面的漩涡，流向和垂直于流向的横向力，引发结构物振动，反过来又改变尾涡形式，这种流固耦合就是涡激振动1940年11月美国塔科马海峡吊桥NarrowsBridge）垮塌2020年5月5（1997年投入使用）风电机组寿命“终结者”4挑战----柔塔及长柔叶片 共振共振：柔塔的自身一阶固有频率下降到小于等于叶轮转频（1P），塔筒高度增加，频率降低；长期运行于该转速下，激励频率与固有频率产生共振，极大增加塔架及各部件的载荷，降低其寿命风机激励频率与固有频率关系（图片来自网络）5挑战----柔塔及长柔叶片 共振共振：柔塔的自身一阶固有频率下降到小于等于叶轮转频（1P），塔筒高度增加，频率降低；长期运行于该转速下，激励频率与固有频率产生共振，极大增加塔架及各部件的载荷，降低其寿命风机激励频率与固有频率关系（图片来自网络）5对变桨带来的新挑战 降低载荷7抗涡激振动算法---载荷偏置独立变桨及准独立变桨---对变桨动作要求的算法降低及消除扭摆---对变桨动作要求的算法避开共振区---对变桨动作要求的算法更大力矩的变桨变桨快速的响应双驱及多驱变桨测量扭摆，消除扭摆更高的安全性及可靠性远程诊断及升级消除涡激振动降低切变及湍流载荷降低及消除扭摆对变桨带来的新挑战 降低载荷7抗涡激振动算法---载荷偏置独立变桨及准独立变桨---对变桨动作要求的算法降低及消除扭摆---对变桨动作要求的算法避开共振区---对变桨动作要求的算法更大力矩的变桨变桨快速的响应双驱及多驱变桨测量扭摆，消除扭摆更高的安全性及可靠性远程诊断及升级消除涡激振动降低切变及湍流载荷降低及消除扭摆避开共振区支持更大的风机功率及更大的叶轮直径变桨技术：协同变桨和独立变桨8随着风电机组不断大型化，叶片长度的不断增大，由风剪切、塔影效应和湍流风况等因素导致的风电机组的叶片载荷、轮毂载荷、塔筒载荷也随之增大。独立变桨控制系统增加了叶片载荷反馈回路，并将载荷数据作为输入量，在实现功率控制的同时，降低了风力发电机组的载荷。独立变桨控制系统将成为今后大型风力发电机变桨控制的主要方式。协同变桨：三套独立的变桨执行机构得到的是同样的位置指令，不能降低叶轮上的不均衡载荷。风切变、塔影、偏航误差、风湍流等因素会使风轮扫风面内的风速分布不均衡，这种不均衡会使大型风力机的叶轮产生不均衡载荷。叶轮上的不均衡载荷会给变桨轴承、轮毂、主轴、偏航系统、塔架等风机关键部件造成很大疲劳载荷。将成为影响整机部件疲劳损坏的主要因素，影响风电机组的寿命。变桨技术：协同变桨和独立变桨8随着风电机组不断大型化，叶片长度的不断增大，由风剪切、塔影效应和湍流风况等因素导致的风电机组的叶片载荷、轮毂载荷、塔筒载荷也随之增大。独立变桨控制系统增加了叶片载荷反馈回路，并将载荷数据作为输入量，在实现功率控制的同时，降低了风力发电机组的载荷。独立变桨控制系统将成为今后大型风力发电机变桨控制的主要方式。协同变桨：三套独立的变桨执行机构得到的是同样的位置指令，不能降低叶轮上的不均衡载荷。风切变、塔影、偏航误差、风湍流等因素会使风轮扫风面内的风速分布不均衡，这种不均衡会使大型风力机的叶轮产生不均衡载荷。叶轮上的不均衡载荷会给变桨轴承、轮毂、主轴、偏航系统、塔架等风机关键部件造成很大疲劳载荷。将成为影响整机部件疲劳损坏的主要因素，影响风电机组的寿命。协同变桨和独立变桨9动变桨系统可利用率的重要性逐渐提高。较于协同变桨载荷的平均值虽然没有太大变化，但极大地降低了波动幅度。通过振动分析比较，由于振动载荷激励得到有效降低,通过独立变桨，系统结构的各项振动可以提高设备可靠性，延长设备使用寿命。独立变桨控制（Individualpitchcontrol，简称“IPC”）：是指根据各个叶片的协同变桨和独立变桨9动变桨系统可利用率的重要性逐渐提高。较于协同变桨载荷的平均值虽然没有太大变化，但极大地降低了波动幅度。通过振动分析比较，由于振动载荷激励得到有效降低,通过独立变桨，系统结构的各项振动可以提高设备可靠性，延长设备使用寿命。独立变桨控制