風電機組及變槳系統(tǒng)的工作原理和基本構成分析目錄TOC\o"1-3"\h\u185381.1風電機組的工作原理 132981.2風電機組的基本構成 119153(1)風輪 21513(2)增速齒輪箱 228962(3)變頻器 210342(4)變槳系統(tǒng) 227779(5)發(fā)電機 29316(6)塔架 2272061.3變槳系統(tǒng)的構成 285741.4變槳系統(tǒng)的工作原理 31.1風電機組的工作原理風力發(fā)電的工作原理就是利用大氣中風的運動，使風機中的葉片轉動，然后在葉片后方機艙中增速齒輪箱作用下使轉速得到提升，進而可以確保發(fā)電機發(fā)電。然后再將產生的電通過變流器轉換為直流電，此后再逆變?yōu)殡娋W所需要的交流電，最后通過升壓變壓器送入電網。依據現(xiàn)有的風電技術,只要空氣中的風只要達到微風的程度,風力發(fā)電機就開始運行從而進行發(fā)電工作。［10］風力發(fā)電機組的基本工作原理圖如圖1所示圖1風力發(fā)電機組基本工作原理圖1.2風電機組的基本構成風力發(fā)電機組是一種將空氣中的風能轉化為可以使用的電能的機電聯(lián)合控制設備。風電機組一般由風輪、增速齒輪箱、變頻器、變槳系統(tǒng)、發(fā)電機、塔架等組成。［11］各主要組成部分功能如下；(1)風輪風輪的具體功能就是將空氣中的動能轉換為機械能。風輪一般由輪轂、葉片和加固裝置等構成。葉片是接收風能的基本單元，葉片上的變槳系統(tǒng)可以對槳距進行控制。輪轂的作用是將葉片固定在一起，每一個風輪由三個葉片被輪轂連接組成，輪轂可以將風輪上捕捉到的風能傳遞到發(fā)電機的主軸上。(2)增速齒輪箱增速齒輪箱的具體作用就是使葉輪轉動產生的速度加速傳送給發(fā)電機，從而讓發(fā)電機可以獲取與之對應的轉速。(3)變頻器其具體作用是將發(fā)電機組中產出不能直接利用的交流電轉變成可以并入電網且電網所需要的交流電。(4)變槳系統(tǒng)風力變槳系統(tǒng)的功能作用是調節(jié)葉片的槳距角度，從而確保葉片在任何時候都處于最好的吸收風能環(huán)境。除此之外，變槳系統(tǒng)還可以確保風力發(fā)電機組的安全運行。(5)發(fā)電機發(fā)電機的作用就是把風輪產生的機械能轉變成電能。(6)塔架塔架的作用是支撐調向機構和發(fā)電機。距離地面高度越高，風的速度越大，塔架也就會越高，風輪對風能的接收也就會越多，但與此同時帶來的缺點就是安裝費用等也會增加。1.3變槳系統(tǒng)的構成變槳控制系統(tǒng)由主控柜、軸柜、電池柜三個部分組成，其基本結構如圖2所示。主控柜在變槳系統(tǒng)中占主導地位，其作用是負責與上位機的通信；軸柜的具體功能就是驅動電動機對槳葉角度進行調節(jié);電池柜的作用是當電源處于掉電情況下時，可以完成順槳停車的電源供應。［12］圖2變槳系統(tǒng)結構組成圖1.4變槳系統(tǒng)的工作原理變槳系統(tǒng)的核心就是對槳距角進行控制調節(jié)。其依據就是外界風的速度高于系統(tǒng)額定風速時，由風電機組輸出計算公式可知，此時輸出功率增大將會超過額定功率，為確保輸出功率保持在額定功率左右，可以通過調節(jié)葉片槳距角的方法，來消減葉片對風能的吸收，進而使輸出的功率大小向系統(tǒng)的額定功率方向減小。反之，當外界風的速度小于系統(tǒng)的額定風速時，發(fā)電機組的輸出功率將小于系統(tǒng)的額定功率。此時將通過改變葉片的槳距角度增大葉片對風能的吸收，從而使發(fā)電機組的輸出功率的大小向著系統(tǒng)額定功率的方向增大。［13］總而言之，變槳系統(tǒng)的主要功能就是改變葉片的槳距角度，從而將發(fā)電機系統(tǒng)的輸出功率穩(wěn)定在額定功率左右。由此可以減少并網難度，使風力發(fā)電系統(tǒng)更加穩(wěn)定。［14］在任何一個變槳控制系統(tǒng)中，變槳驅動電動機的末端均帶有一個電動機編碼器,并有第二個冗余編碼器它的作用是對槳距角進行輔助記錄。在任何一個葉片中，風機控制器對兩個編碼器記錄的平均值進行分析處理。［15］正常情況下，變槳驅動控制僅使用驅動電動機末端的電動機編碼器，當檢測到電動機編碼器失效時，控制器才會用冗余編碼器的信號，如圖3所示。圖3變槳控制器示意圖變槳控制器正常情況下，即風速處于12~25m/s時，槳距角可以再0°~30°內控制功率的輸出，與此同時，風輪轉速在變槳控制器的作用下維持不變。風電機組在故障或停機的狀態(tài)下時，葉片開始順槳到槳距角90