風力發(fā)電機結(jié)構(gòu)及原理培訓課件

產(chǎn)品技術(shù)基礎培訓之風力發(fā)電機組工作原理基礎江蘇華創(chuàng)光電科技有限公司產(chǎn)品技術(shù)基礎培訓之2目錄風力發(fā)電背景風電機組的工作原理風電機組的結(jié)構(gòu)風電機組控制系統(tǒng)2目錄風力發(fā)電背景風力發(fā)電背景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多億噸石油價格波動，煤炭價格持續(xù)上漲煤炭150年，石油80年枯竭能源安全受到挑戰(zhàn)風力發(fā)電背景3一、化石能源枯竭全球能源形勢礦物燃料消耗過度環(huán)4二、碳排放和溫室效應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、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?；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8336867273.5%石油8828597.2%燃氣2217232019.6%總量1143511851100%4二、碳排放和溫室效應各種全球變暖背景下的極端氣候影世界能源利用發(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（風能、太陽能、生物質(zhì)能等）。其中風電可以減少溫室氣體排放，平均每提供100萬千瓦時的電量，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能的應用減少了228.7Mt，相當于全年因發(fā)電而產(chǎn)生的二氧化碳總量的1.93%。特點：風能是一種取之不盡用之不竭的能源利用風能可以在相對短的時間內(nèi)產(chǎn)出大量電能

風能是一種不產(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)風能是地球表面大量空氣流動所產(chǎn)生的動能。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，即形成風。風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。全球的風能約為2.74×109MW，其中可利用的風能為2×107MW，是全球可開發(fā)利用水能資源總量的10多倍，相當于10800億噸標準煤產(chǎn)生的能量，約是全世界目前能源消費量的100倍。

6風能風能是地球表面大量空氣流動所產(chǎn)生的動能。由于地面各處受太陽輻7目錄風力發(fā)電背景風電機組的工作原理風電機組的結(jié)構(gòu)風電機組控制系統(tǒng)7目錄風力發(fā)電背景風電機組的工作原理和結(jié)構(gòu)風電

機組風電機組的工作原理和結(jié)構(gòu)風風電機組的工作原理和結(jié)構(gòu)風力發(fā)電機組（以下簡稱風力機）是一種將風能轉(zhuǎn)換為電能的能量轉(zhuǎn)換裝置風電機組的工作原理和結(jié)構(gòu)風力發(fā)電機組（以下簡稱風力機）是一種10目錄風力發(fā)電背景風電機組的工作原理風電機組的結(jié)構(gòu)風電機組控制系統(tǒng)10目錄風力發(fā)電背景11風電機組風輪輪轂変槳導流罩機艙主軸系統(tǒng)增速箱發(fā)電機偏航剎車散熱排風機艙罩風速風向儀塔架風電機組的工作原理和結(jié)構(gòu)11風電機組風輪輪轂変槳導流罩機艙主軸系統(tǒng)增速箱發(fā)電機偏航剎12機艙內(nèi)部結(jié)構(gòu)輪轂：連接主軸與葉片，將風力對葉片的作用載荷傳遞給主軸以及齒輪箱軸承：支撐機械旋轉(zhuǎn)體，降低其運動過程中的摩擦系數(shù)，并保證其回轉(zhuǎn)精度12機艙內(nèi)部結(jié)構(gòu)輪轂：連接主軸與葉片，將風力對葉片的作用載荷風力機的結(jié)構(gòu)組成組成：輪轂葉片控制系統(tǒng)13葉片輪轂主傳動系統(tǒng)主軸變槳電機風輪將風能轉(zhuǎn)化為機械能，600kW的風力機葉片的長度為21米。類型：單葉片、雙葉片、三葉片和多葉片定槳風輪和變槳風輪輪轂：連接主軸與葉片，將風力對葉片的作用載荷傳遞給主軸以及齒輪箱風力機的結(jié)構(gòu)組成組成：輪轂葉片控制系統(tǒng)13葉片2、風力機的結(jié)構(gòu)組成14變槳電機：

每個葉片都有一個變槳電機，并帶有剎車、測速傳感器、編碼器及強制空冷裝置。備用電源：用于電網(wǎng)斷電和安全鏈中斷時葉片的變槳控制。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，用于向變槳電機輸送直流電。變槳控制器

除變槳電機，其余部件都在軸控制柜或公用控制柜內(nèi)，每個葉片都有單獨控制器。結(jié)構(gòu)和功能2、風力機的結(jié)構(gòu)組成14變槳電機：結(jié)構(gòu)和功能2、風力機的結(jié)構(gòu)組成15主軸：支撐輪轂和傳遞負載（軸向力，剪力（徑向力），彎矩和扭矩）主傳動系統(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剎車高速軸：轉(zhuǎn)速大約為1500轉(zhuǎn)/分，它的作用是帶動發(fā)電機。同時在高速軸上安裝有一套機械剎車。2、風力機的結(jié)構(gòu)組成15主軸：支撐輪轂和傳遞負載（軸向力2、風力機的結(jié)構(gòu)組成16主傳動系統(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，它的作用是帶動發(fā)電機。同時在高速軸上安裝有一套機械剎車發(fā)電機

發(fā)電機通常被稱為感應型發(fā)電機或異步發(fā)電機2、風力機的結(jié)構(gòu)組成16主傳動系統(tǒng)齒輪箱一側(cè)連接低速軸，另2、風力機的結(jié)構(gòu)組成17控制器計算機持續(xù)監(jiān)控風力發(fā)電機的狀態(tài)，控制偏航。在任何故障狀態(tài)下，計算機立即控制風機停機。液壓系統(tǒng)

作用是控制風力發(fā)電機氣動剎車裝置。冷卻系統(tǒng)

包含有冷卻發(fā)電機的風扇，冷卻齒輪油的散熱器，一些風力發(fā)電機還裝設有發(fā)電機水冷裝置。偏航系統(tǒng)

通過偏航電機推動機艙對風2、風力機的結(jié)構(gòu)組成17控制器計算機持續(xù)監(jiān)控風力發(fā)電機的2、風力機的結(jié)構(gòu)組成18塔架

作用是承載機艙和葉輪。一臺600千瓦風力發(fā)電機的塔架約為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。風速儀和風向標

用于測量風速和風向。2、風力機的結(jié)構(gòu)組成18塔架作用是承載機艙和葉輪。一臺6葉片的制造19葉片必須有足夠的強度，因此，在每一個葉片內(nèi)部都有一根與葉片長度幾乎一樣長的梁。葉片的制造19葉片必須有足夠的強度，因此，在每一個葉片內(nèi)部都葉片的制造20葉片分為兩扇，分別進行生產(chǎn)，然后，將兩扇組合起來，就形成了一個完整的的葉片。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20葉片分為兩扇，分別進行生產(chǎn)，然后，將兩扇組合起葉片的制造21兩扇葉片放入一個模具然后合上。然后將給其加熱，使得玻璃鋼更加堅固。葉片表面必須足夠光滑，使得風穿過葉片表面時不會減速。因此，在一些刮擦痕處須填充玻璃纖維。最后，對葉片進行打磨拋光直到葉片表面光滑為止。葉片的制造21兩扇葉片放入一個模具然后合上。然后將給其加熱，22雙饋式的特點：雙饋電機定子直接與電網(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容量的1/4左右，并且能量可以雙向流動，這是這種機型的優(yōu)點。該種機型是利用發(fā)電機轉(zhuǎn)子勵磁頻率、定子輸出頻率和轉(zhuǎn)子機械頻率的關(guān)系，通過改變轉(zhuǎn)子的勵磁頻率而使機組完成變速恒頻運行，進而實現(xiàn)最大風能捕獲。對電網(wǎng)而言，該系統(tǒng)利用矢量控制實現(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。

雙饋機型22雙饋式的特點：◎此技術(shù)路線為技術(shù)最成熟、市場占有率最高23直驅(qū)式的特點：風輪直接與低速（多極）勵磁同步發(fā)電機（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，同樣也可以使機組捕獲最大風能；齒輪傳動不僅降低了風電轉(zhuǎn)換效率和產(chǎn)生噪音，更是造成機械故障的主要原因，而且為減少機械磨損需要潤滑清洗等定期維護。采用無齒輪箱的直驅(qū)方式雖然提高了電機的設計成本，但卻有效的提高了系統(tǒng)的效率以及運行可靠性；其缺點是：直驅(qū)發(fā)電機體積大而笨重，電機設計成本較高。。直驅(qū)機型23直驅(qū)式的特點：直驅(qū)機型24目錄風力發(fā)電背景風電機組的工作原理風電機組的結(jié)構(gòu)風電機組控制系統(tǒng)24目錄風力發(fā)電背景25風力機控制系統(tǒng)25風力機控制系統(tǒng)26主控系統(tǒng)：主控系統(tǒng)是風機控制系統(tǒng)的主體，它實現(xiàn)自動啟動、自動調(diào)向、自動調(diào)速、自動并網(wǎng)、自動解列、故障自動停機、自動電纜解繞及自動記錄與監(jiān)控等重要控制、保護功能。對外的三個主要接口系統(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)接口完成風機實時數(shù)據(jù)及統(tǒng)計數(shù)據(jù)的交換，與變槳控制系統(tǒng)接口完成對葉片的控制，實現(xiàn)最大風能捕獲以及恒速運行，與變頻系統(tǒng)（變頻器）接口實現(xiàn)對有功功率以及無功功率的自動調(diào)節(jié)。主控制系統(tǒng)26主控系統(tǒng)：主控系統(tǒng)是風機控制系統(tǒng)的主體，它實現(xiàn)自動啟動、272728變槳控制系統(tǒng)：控制時一般都以發(fā)電機額定功率或轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速為界，即當發(fā)電機輸出功率（轉(zhuǎn)速）低于額定值時，進行變速恒頻控制，最大捕獲風能；而當輸出功率（轉(zhuǎn)速）高于額定值時，進行變槳距控制，維持發(fā)電機功率在額定值附近。要實現(xiàn)真正的獨立變槳,輸入變量包括槳葉節(jié)距角變化和風速，以及每個槳葉受力等,實現(xiàn)多變量控制。28變槳控制系統(tǒng)：控制時一般都以發(fā)電機額定功率或轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速為界29液壓變槳系統(tǒng)組成：油箱、液壓動力泵、動力單元蓄壓器、液壓管路、旋轉(zhuǎn)接頭、變槳系統(tǒng)蓄壓器以及三套獨立的變槳裝置優(yōu)點：單位體積小、重量輕、扭矩大無需變速機構(gòu)，在失電時將蓄壓器作為備用動力源對槳葉進行順槳作業(yè)；增容便捷。缺點：漏油，對環(huán)境要求較高（溫度）29液壓變槳優(yōu)點：單位體積小、重量輕、扭矩大無需變速機構(gòu)，在30原理液壓變槳

變槳距伺服控制系統(tǒng)的原