風(fēng)力發(fā)電基礎(chǔ)知識培訓(xùn)風(fēng)力發(fā)電機(jī)整體介紹目錄Contents風(fēng)力發(fā)電機(jī)組整體介紹一風(fēng)力發(fā)電機(jī)組具體結(jié)構(gòu)二安全系統(tǒng)介紹三一、風(fēng)力發(fā)電機(jī)組整體介紹（以常規(guī)雙饋機(jī)型為例）風(fēng)機(jī)一、風(fēng)輪系統(tǒng)（風(fēng)能-機(jī)械能）葉片輪轂變槳系統(tǒng)二、傳動系統(tǒng)（低速-高速）主軸齒輪箱聯(lián)軸器三、發(fā)電機(jī)系統(tǒng)（機(jī)械能-電能）發(fā)電機(jī)變頻器箱變風(fēng)機(jī)一、風(fēng)輪葉片輪轂二、機(jī)艙機(jī)艙罩機(jī)座主要裝置傳動系統(tǒng)發(fā)電系統(tǒng)液壓系統(tǒng)偏航系統(tǒng)控制系統(tǒng)冷卻系統(tǒng)三、塔架塔筒爬梯中間平臺四、基礎(chǔ)防雷系統(tǒng)風(fēng)的作用使葉輪旋轉(zhuǎn)，葉輪轉(zhuǎn)動帶動發(fā)電機(jī)，發(fā)電機(jī)產(chǎn)生電能。二、風(fēng)力發(fā)電機(jī)組具體結(jié)構(gòu)1、風(fēng)力發(fā)電機(jī)：機(jī)艙、葉輪、齒輪箱、發(fā)電機(jī)、塔架。2、機(jī)艙：主軸、齒輪箱、高速軸、機(jī)械剎車、發(fā)電機(jī)、控制器、風(fēng)速儀、風(fēng)向標(biāo)、偏航電機(jī)、偏航軸承、冷卻系統(tǒng)、葉輪。（一）葉輪1、葉輪是獲得風(fēng)中能量的關(guān)鍵部分，由葉片和輪轂組成。2、葉片具有空氣動力外形，在氣流作用下產(chǎn)生力矩驅(qū)動風(fēng)輪轉(zhuǎn)動，再通過輪轂將扭距輸入到傳動系統(tǒng)。葉尖有防雷設(shè)計。3、按葉片數(shù)分可分為單葉片、雙葉片、三葉片和多葉片葉輪。三葉片穩(wěn)定性好，得到廣泛應(yīng)用。按葉片能否圍繞其縱向軸轉(zhuǎn)動，可以分為定槳距風(fēng)輪、變槳距風(fēng)輪。按轉(zhuǎn)速的變化可分為定轉(zhuǎn)速葉輪、變轉(zhuǎn)速葉輪。4、葉片與輪轂通過軸承連接，可使葉片增大安裝角以減少由于風(fēng)速增大使葉片轉(zhuǎn)速加快的趨勢。當(dāng)風(fēng)速波動時，通過葉片變槳，保持額定功率。5、變速風(fēng)輪（角度）由變速發(fā)電機(jī)控制（轉(zhuǎn)速控制），轉(zhuǎn)速隨風(fēng)速變化可以使風(fēng)輪保持在最佳狀態(tài)下運行，獲取更多能量，并減小因陣風(fēng)引起的載荷。（二）機(jī)艙

機(jī)艙由機(jī)座和機(jī)艙罩組成，機(jī)座上安裝各主要裝置。機(jī)艙罩后部的上方裝有風(fēng)速和風(fēng)向傳感器，艙壁上有通風(fēng)裝置等，底部與塔架相連。主要裝置由傳動系統(tǒng)、偏航系統(tǒng)、液壓系統(tǒng)、制動系統(tǒng)、發(fā)電機(jī)、控制與安全系統(tǒng)組成。（三）傳動系統(tǒng)1、動力傳動系統(tǒng)由如下部件組成：主軸、齒輪箱、聯(lián)軸器、主軸軸承、剎車盤、彈性支承；2、主軸是連接葉片和齒輪箱的傳動機(jī)構(gòu)，用來支撐輪轂及葉片并傳遞轉(zhuǎn)矩到齒輪箱；3、聯(lián)軸器，主要用于軸與軸之間的聯(lián)接，并傳遞轉(zhuǎn)矩。用聯(lián)軸器聯(lián)接的兩根軸，只有在停機(jī)剎車后，經(jīng)過拆卸才能將之分離；4、齒輪箱，是一個重要的機(jī)械部件，其主要作用是將風(fēng)輪在風(fēng)力作用下所產(chǎn)生的動力傳遞給發(fā)電機(jī)并使其得到相應(yīng)的轉(zhuǎn)速。由于風(fēng)輪的轉(zhuǎn)速低而發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)速高，為匹配發(fā)電機(jī)，要在低速的風(fēng)輪軸與高速的發(fā)電機(jī)之間接一個增速器。對于低極對數(shù)發(fā)電機(jī)都是通過齒輪箱的增速作用來實現(xiàn)。發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)速與風(fēng)輪轉(zhuǎn)速的比就是齒輪箱的傳動比。下圖南高齒公司生產(chǎn)的PPSC1290型齒輪箱。（四）發(fā)電機(jī)1、概述：葉片接受風(fēng)能轉(zhuǎn)動最終傳給發(fā)電機(jī)，由發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)化為電能。本課程中風(fēng)電機(jī)組采用雙饋異步滑環(huán)發(fā)電機(jī)。發(fā)電機(jī)定子直接與電網(wǎng)連接，轉(zhuǎn)子功率通過逆變器輸入到電網(wǎng)；2、組成：雙饋異步滑環(huán)發(fā)電機(jī)主要組成部分有：定子、轉(zhuǎn)子、加熱器、抗磨滾珠軸承、冷卻和通風(fēng)系統(tǒng)、滑環(huán)室、速度編碼器、溫度傳感器、端子接線盒；3、下圖為南汽輪公司生產(chǎn)的雙饋異步發(fā)電機(jī)；其冷卻方式：內(nèi)冷和外冷均采用空空冷卻；尾部安裝有發(fā)電機(jī)編碼器，對發(fā)電機(jī)的轉(zhuǎn)速進(jìn)行測量；4、發(fā)電機(jī)三種狀態(tài)：亞同步狀態(tài)；同步狀態(tài)；超同步狀態(tài)。（五）冷卻系統(tǒng)1、1.5MW常規(guī)風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的齒輪箱、發(fā)電機(jī)、變頻柜的冷卻系統(tǒng)都是獨立的，溫度的監(jiān)控包括齒輪箱軸承、齒輪箱油、發(fā)電機(jī)線圈、發(fā)電機(jī)軸承，各個溫度監(jiān)測點都受控制系統(tǒng)的實時監(jiān)控，多余的熱量通過熱交換系統(tǒng)和空氣循環(huán)系統(tǒng)排除到機(jī)艙外；2、齒輪箱：基本采用空-油冷卻方式；3、發(fā)電機(jī)：采用空氣冷卻系統(tǒng)；4、變頻器：機(jī)組主要使用的變頻器采用空氣冷卻方式，有的變頻器采用水冷方式。機(jī)組運行，葉片開槳機(jī)組停機(jī)，葉片順槳（六）冷卻系統(tǒng)1、變槳系統(tǒng)是機(jī)組的主要制動機(jī)構(gòu)（風(fēng)輪空氣阻力制動）。利用空氣動力學(xué)，通過葉片順槳到89-90度實現(xiàn)。2、在機(jī)組主傳動鏈的高速側(cè)安裝有液壓制動裝置，該液壓制動裝置是機(jī)組的輔助制動機(jī)構(gòu)；液壓制動器的主要功能是在主制動機(jī)構(gòu)動作使轉(zhuǎn)子減速后，使轉(zhuǎn)子完全停止。在機(jī)組急停時，主制動機(jī)構(gòu)與輔助制動一起動作，以使機(jī)組能更快減速。常用于機(jī)組維護(hù)。高速軸制動器（七）偏航系統(tǒng)風(fēng)向總是變化的，為了捕獲最大的風(fēng)能，必須每隔一段時間計算一次風(fēng)向偏差，如果超過范圍，就要偏航對風(fēng)。風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的偏航系統(tǒng)主要由偏航軸承、偏航驅(qū)動器、偏航制動器、潤滑泵、偏航編碼器組成。偏航軸承：偏航電機(jī)下面有一個小齒輪與大齒輪嚙合，這個大齒輪叫偏航軸承，由偏航電機(jī)驅(qū)動。偏航軸承承載機(jī)組中主要部件的重量，并傳遞氣動推力到塔架，軸承中含有齒圈，偏航驅(qū)動機(jī)構(gòu)中的小齒輪與之嚙合。偏航驅(qū)動器：驅(qū)動裝置由驅(qū)動電動機(jī)、減速器、傳動齒輪、齒輪間隙調(diào)整機(jī)構(gòu)等組成。偏航驅(qū)動裝置要求起動平穩(wěn)，轉(zhuǎn)速均無振動現(xiàn)象。偏航電機(jī)：在風(fēng)力發(fā)電中，葉輪總是處在對風(fēng)狀態(tài)，以便于風(fēng)輪最大程度的吸收風(fēng)能。偏航電機(jī)就起轉(zhuǎn)動機(jī)艙使葉輪對風(fēng)的作用。偏航制動器：偏航液壓剎車，用于偏航對風(fēng)后固定機(jī)艙位置。偏航系統(tǒng)的主要作用有三個：其一是與風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的控制系統(tǒng)相配合，調(diào)節(jié)整個機(jī)艙的對風(fēng)向位置，根據(jù)風(fēng)速儀和風(fēng)標(biāo)儀的傳感檢測，自動使風(fēng)輪對準(zhǔn)風(fēng)向，以提高風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的發(fā)電效率；其二是自動偏航過程中提供必要的周向阻尼力矩，以保證風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的安全運行。（對風(fēng)過程的平穩(wěn)、防止豎直方向的運動）其三是為機(jī)組在扭纜達(dá)到限值時進(jìn)行解纜，保護(hù)電纜不被扭斷。（八）液壓系統(tǒng)

液壓站系統(tǒng)有兩個主控制回路：轉(zhuǎn)子制動回路和偏航剎車回路。系統(tǒng)正常工作壓力范圍在140－160bar之間，系統(tǒng)壓力由電機(jī)泵組作為動力單元提供并由壓力傳感器來加以精確顯示，動力源的斷合利用壓力傳感器和電氣聯(lián)動控制來實現(xiàn)。（九）變頻系統(tǒng)

變頻器是風(fēng)電機(jī)組的重要組成部分，為轉(zhuǎn)子提供了頻率可變的電源，使得轉(zhuǎn)子的機(jī)械轉(zhuǎn)速與電網(wǎng)的同步轉(zhuǎn)速相互解耦，由此實現(xiàn)了風(fēng)電機(jī)組的變速運行。

變頻器的功能主要包括：通過控制轉(zhuǎn)子對發(fā)電機(jī)勵磁；在指定的范圍內(nèi)將發(fā)電機(jī)與電網(wǎng)同步；并網(wǎng)/脫網(wǎng)操作；產(chǎn)生所需要的轉(zhuǎn)矩/功率；產(chǎn)生所需要的無功功率；在電網(wǎng)故障時，能提供對變頻器的保護(hù)。變頻器組成主要包括并網(wǎng)柜、控制柜和功率柜，如圖所示。變頻器并網(wǎng)柜功率柜控制柜1）并網(wǎng)柜并網(wǎng)柜主要用于實現(xiàn)變流器與電網(wǎng)的并網(wǎng)脫網(wǎng)，滿足用戶配電需求。電網(wǎng)輸入電纜和定子輸入電纜都是從并網(wǎng)柜接入。并網(wǎng)柜的基本內(nèi)容包括：主斷路器、定子接觸器、轉(zhuǎn)子接觸器、進(jìn)線/出線母排、定子電壓和電網(wǎng)電壓霍爾互感器、總電流互感器和變頻器輸入熔斷器。2）控制柜控制柜由主控箱構(gòu)成，完成所有對變頻器主電路和并網(wǎng)柜的控制。變頻器通過CANopen總線，實現(xiàn)上位控制系統(tǒng)對變頻器的控制；變頻器的參數(shù)、運行數(shù)據(jù)、狀態(tài)信息和故障診斷都可以通過現(xiàn)場總線傳遞給上位控制系統(tǒng)，上位控制系統(tǒng)通過現(xiàn)場總線實現(xiàn)對變頻器的啟動、并網(wǎng)、運行、有功功率和無功功率控制等操作。3）功率柜實現(xiàn)轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)差功率和電網(wǎng)的交互與傳輸，通過對轉(zhuǎn)子勵磁電流進(jìn)行控制，從而實現(xiàn)對定子電壓、頻率、有功和無功的控制。網(wǎng)側(cè)逆變器和轉(zhuǎn)子側(cè)逆變器安裝在功率柜中，是由兩個結(jié)構(gòu)相同的三相PWM逆變器構(gòu)成，器件采用IGBT，主回路結(jié)構(gòu)如圖所示。（十）主控系統(tǒng)變主控系統(tǒng)分為塔基控制柜和機(jī)艙控制柜。主控制器PLC安裝于塔基柜內(nèi)，通過光纖與機(jī)艙柜進(jìn)行通訊；控制柜內(nèi)都裝有功能擴(kuò)展模塊對控制信號進(jìn)行采集、處理；安裝有各種斷路器、浪涌保護(hù)器用于對內(nèi)外設(shè)備進(jìn)行過電壓、過電流和防雷保護(hù)；配備有UPS不間斷電源，在電網(wǎng)掉電時保證主控制器能夠至少正常運行一個小時。（十一）塔架與基礎(chǔ)1、塔架是支撐風(fēng)力發(fā)電機(jī)的支架。發(fā)電機(jī)的動力電纜，控制、通信電纜都在其中。塔架內(nèi)有一個梯子從塔架底部延伸至機(jī)艙，塔架內(nèi)有多個中間平臺用于檢修。梯子裝有防跌落的安全裝置塔架下端安裝在地面，需做鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)，周圍有防雷擊接地系統(tǒng)。2、常規(guī)風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的塔架采用的是圓筒式鋼制塔架，有80m,75m,70m和65m多種系列，根據(jù)不同的區(qū)域和風(fēng)況可以采用不同高度的塔架。三、安全系統(tǒng)介紹（一）人身安全風(fēng)力發(fā)電機(jī)組是根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)的工程技術(shù)規(guī)定設(shè)計和制造的，所以根據(jù)規(guī)程進(jìn)行操作對工作人員的安全和健康沒有任何危險。各控制元件都設(shè)置在容易操作的地方，且保證操作安全，有明確標(biāo)志加以保護(hù)，以防止無意啟動。所有危險部位和危險驅(qū)動部件都有防護(hù)設(shè)備，這些設(shè)備只有在專業(yè)人員在進(jìn)行維修和保養(yǎng)時，才允許被打開或拆卸。必須穿戴和使用安全防護(hù)用品，以避免工作中發(fā)生事故和對個人身體健康產(chǎn)生危害。在存在一定安全風(fēng)險的部件上工作之前，必須通過機(jī)艙控制柜或塔基控制柜面板上的開關(guān)將機(jī)組切換到“檢修狀態(tài)”。同時，要在開關(guān)上應(yīng)懸掛明顯的警告標(biāo)志，以避免其他人無意的操作。機(jī)組切換到“檢修狀態(tài)”時，機(jī)組無法啟動，但允許部分手動控制（正常運行時是不允許的）。在輪轂中進(jìn)行維護(hù)工作時，不允許變槳系統(tǒng)進(jìn)行變槳動作，除非在特殊情況下，并且采取了特殊的防范措施。每個葉片有一個鎖緊裝置，當(dāng)檢修葉片變槳驅(qū)動時必須啟用該鎖緊裝置。在輪轂或在傳動鏈部件上工作時必須啟用風(fēng)輪鎖定裝置。在系統(tǒng)檢修時，同一時間內(nèi)可以關(guān)閉一個偏航驅(qū)動，其他的驅(qū)動可以承受偏航所需的負(fù)載。（二）風(fēng)機(jī)安全1.風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的安全系統(tǒng)由安全鏈組成，其優(yōu)先級大于安全系統(tǒng)中的計算機(jī)，在安全鏈中，傳感器斷路觸點以串聯(lián)方式連接，安全鏈包含的觸點有： 1)塔基急停； 2)機(jī)艙急停； 3)輪轂急停；(