一種1.5MW半直驅(qū)風(fēng)力發(fā)電機(jī)組

摘 要:本文對(duì)1.5MW半直驅(qū)風(fēng)力發(fā)電機(jī)組技術(shù)進(jìn)行說明。

關(guān)鍵詞:半直驅(qū) 風(fēng)力發(fā)電機(jī)組

中圖分類號(hào):TM315文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼:A文章編號(hào):1674-098X(2011)11(c)-0062-01

1.5MW半直驅(qū)式變速恒頻風(fēng)力發(fā)電機(jī)組，是我公司自主研制的產(chǎn)品，機(jī)組設(shè)計(jì)基于半直驅(qū)技術(shù)，采用水平軸、三葉片、上風(fēng)向、變槳變速調(diào)節(jié)、中低速永磁同步發(fā)電機(jī)及全功率變頻并網(wǎng)的總體設(shè)計(jì)方案。半直驅(qū)式變速恒頻風(fēng)電機(jī)組是近年來發(fā)展起來的機(jī)型，它結(jié)合了直驅(qū)式風(fēng)電機(jī)組和雙饋式風(fēng)電機(jī)組的優(yōu)點(diǎn)，技術(shù)先進(jìn)，可靠性高，性能優(yōu)越。

1 機(jī)組各部分組成和功能

1.1 葉輪系統(tǒng)

該系統(tǒng)主要由輪轂、變槳軸承、葉片、變槳驅(qū)動(dòng)、控制系統(tǒng)及整流罩等組成。

輪轂是葉輪的主要承載零件，采用耐低溫球墨鑄鐵鑄造，輪轂總體形狀為截球形;葉輪包括3片葉片，葉片由樹脂增強(qiáng)玻璃鋼制造。

輪轂外面有復(fù)合材料整流罩進(jìn)行防護(hù)，整流罩上設(shè)計(jì)制作了踏板，維修人員通過整流罩和機(jī)艙罩通道借助踏板，將很方便的進(jìn)入輪轂內(nèi)部，對(duì)葉輪系統(tǒng)進(jìn)行維護(hù)和保養(yǎng)。

1.2 齒輪箱

增速箱為一級(jí)行星齒輪箱，采用前后法蘭連接形式;結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、傳動(dòng)效率高;增速箱上設(shè)置了溫度傳感器、加熱器和壓力傳感器等，由主控實(shí)時(shí)監(jiān)控其運(yùn)行狀況。主要技術(shù)參數(shù)如下:

增速比:1:7.5;額定輸出轉(zhuǎn)速:150rpm;額定功率:1650kW;效率:≥0.98。

1.3 發(fā)電機(jī)

發(fā)電機(jī)采用低速永磁同步發(fā)電機(jī)，內(nèi)轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)，后軸伸出端安裝剎車盤，低速發(fā)電機(jī)輸出的電能全部功率通過變頻器。主要技術(shù)參數(shù)如下:

額定輸出功率:1650Kw;額定頻率:40 Hz;轉(zhuǎn)速范圍:40～160r/min 額定轉(zhuǎn)速:150r/min;防護(hù)等級(jí):IP54;絕緣等級(jí):H;冷卻方式:水冷;軸承潤(rùn)滑方式:自動(dòng)加注潤(rùn)滑脂;額定功率時(shí)效率:≥0.97。

1.4 偏航系統(tǒng)

系統(tǒng)主要由偏航軸承、偏航驅(qū)動(dòng)器、制動(dòng)器主動(dòng)式剎車裝置、制動(dòng)盤、風(fēng)向儀自動(dòng)除冰裝置和扭轉(zhuǎn)傳感器組成。偏航系統(tǒng)是風(fēng)力發(fā)電機(jī)主動(dòng)對(duì)風(fēng)執(zhí)行者，在機(jī)艙頂部的風(fēng)向儀不斷測(cè)量風(fēng)向，當(dāng)風(fēng)向改變需要對(duì)風(fēng)時(shí)，偏航液壓剎車制動(dòng)器松開，4臺(tái)四級(jí)減速的偏航驅(qū)動(dòng)器啟動(dòng)，旋轉(zhuǎn)風(fēng)機(jī)對(duì)正風(fēng)向。

1.5 主控系統(tǒng)

主控系統(tǒng)的主要功能有:機(jī)組的正常運(yùn)行控制、起?？刂?、最大功率跟蹤控制、發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)速控制、自動(dòng)調(diào)整葉片角度、自動(dòng)偏航及解纜、安全保護(hù)、集中及遠(yuǎn)程監(jiān)控等控制功能。系統(tǒng)采用國際上成熟的MITA WP4000控制系統(tǒng)，WP4000是為風(fēng)力發(fā)電專門設(shè)計(jì)的嵌入式控制器，屬于MITA第六代風(fēng)機(jī)控制系統(tǒng)。

WP4000屬于風(fēng)力發(fā)電專用控制系統(tǒng)，具有以下特點(diǎn):高度模塊化設(shè)計(jì);基于硬件的冗余設(shè)計(jì);開放式結(jié)構(gòu)、便于擴(kuò)展;方便快捷的安裝、配置方式(即插即用);可利用率高;模塊之間內(nèi)部采用1M CAN BUS，骨干網(wǎng)采用100M以太網(wǎng)光纖，有第三方總線兼容功能;具有較高的可靠性，性價(jià)比，市場(chǎng)接受度高，服務(wù)方便。

1.6 變頻系統(tǒng)

變流器的核心是具有國際領(lǐng)先水平的高性能的液冷四象限工業(yè)變頻器系統(tǒng)，電力變流器前后端均裝有優(yōu)化設(shè)計(jì)的濾波器，發(fā)電機(jī)側(cè)的整流器優(yōu)化轉(zhuǎn)距及負(fù)載輸出需求從而控制發(fā)電機(jī)，網(wǎng)側(cè)的逆變器將生產(chǎn)出的能源轉(zhuǎn)變?yōu)榉€(wěn)定、高質(zhì)量的50HZ交流電，輸入電網(wǎng)。整流器和逆變器的功率因數(shù)可以根據(jù)發(fā)電機(jī)負(fù)載需求和網(wǎng)側(cè)無功補(bǔ)償需求而優(yōu)化調(diào)整。該變流器是模塊化的高性能產(chǎn)品，專為滿足聯(lián)網(wǎng)用變速發(fā)電機(jī)而設(shè)計(jì)，內(nèi)有功率部件、控制單元、保護(hù)及通訊設(shè)備等。

主要技術(shù)參數(shù)如下:

額定輸出功率:1500Kw;額定頻率:50±0.1Hz;最大頻率波動(dòng):±0.5Hz(少于1小時(shí));

功率因數(shù):0.9-1(可調(diào)，容性或感性)。

1.7 機(jī)艙罩

使用玻璃纖維增強(qiáng)聚酯復(fù)合材料制造，機(jī)艙罩由上、下三件組合而成，便于生產(chǎn)制造、運(yùn)輸和安裝，外面是防腐表面，設(shè)計(jì)充分考慮密封和換氣、防沙塵和寒冷以及氣動(dòng)力學(xué)因素和工業(yè)造型美學(xué)因素。

1.8 冷卻系統(tǒng)

用于發(fā)電機(jī)和變頻器的冷卻工作，分為兩部分獨(dú)立工作，水冷系統(tǒng)用PLC作為中央控制單元，自帶人機(jī)界面，自主控制運(yùn)行與故障診斷，與機(jī)組主控系統(tǒng)之間通過數(shù)字IO節(jié)點(diǎn)信號(hào)交換數(shù)據(jù)，接收主控的運(yùn)行停止指令，并向主控系統(tǒng)報(bào)告運(yùn)行狀態(tài)和故障。

1.9 液壓系統(tǒng)

液壓系統(tǒng)主要為偏航制動(dòng)器和發(fā)電機(jī)制動(dòng)器提供動(dòng)力。主要技術(shù)參數(shù)如下:

油泵電機(jī)功率:0.6kW;油泵電機(jī)電壓:690V;最大工作壓力;160bar

1.10 塔筒

塔筒為錐筒結(jié)構(gòu)，采用抗低溫材質(zhì)焊接而成，能夠承受-40℃嚴(yán)寒的考驗(yàn)。塔筒由三段構(gòu)成，內(nèi)設(shè)四層平臺(tái)。

1.11 剎車系統(tǒng)

控制系統(tǒng)控制槳葉變漿距作為空氣動(dòng)力剎車，剎車具有三種模式:正常停機(jī)、快速停機(jī)、緊急停機(jī)。為提高安全性和防止意外，風(fēng)機(jī)在葉輪和增速箱之間設(shè)置機(jī)械制動(dòng)鎖，可在檢修時(shí)鎖住葉輪。在電機(jī)制動(dòng)端設(shè)置液壓驅(qū)動(dòng)主動(dòng)制動(dòng)閘。

2 機(jī)組主要技術(shù)特點(diǎn)

半直驅(qū)式變速恒頻風(fēng)電機(jī)組是近年來發(fā)展起來的機(jī)型，主要有以下技術(shù)特點(diǎn):

2.1 可靠性高

1.5MW半直驅(qū)式變速恒頻風(fēng)力發(fā)電機(jī)組，傳動(dòng)鏈結(jié)構(gòu)采用完全創(chuàng)新設(shè)計(jì)形式，即不同于雙饋機(jī)組，也不同于直驅(qū)機(jī)組，它采用了相對(duì)可靠的一級(jí)行星齒輪箱和適當(dāng)?shù)脑鏊俦?，與永磁同步發(fā)電機(jī)構(gòu)成發(fā)電單元。

2.2 風(fēng)能利用率高

傳動(dòng)效率損失少;調(diào)速范圍寬可以保證風(fēng)機(jī)更多得運(yùn)行在最佳葉尖速比，所以，風(fēng)能利用率也可提高。

2.3 電能品質(zhì)優(yōu)越

半直驅(qū)機(jī)組全功率變頻并網(wǎng)，并網(wǎng)時(shí)功率輸出平滑;功率因數(shù)可達(dá)到1并可根據(jù)電網(wǎng)需要任意調(diào)節(jié);根據(jù)電網(wǎng)需要，即能輸出有功功率，又能提供無功功率，對(duì)電網(wǎng)進(jìn)行補(bǔ)償，對(duì)電網(wǎng)沒有沖擊;

具有“低電壓穿越”(LVRT)的功能。在電網(wǎng)短時(shí)間電壓跌落的情況下，風(fēng)機(jī)不出現(xiàn)脫網(wǎng)解列并向電網(wǎng)輸送無功以維持電網(wǎng)電壓。

2.4 技術(shù)應(yīng)用發(fā)展前景好

由于半直驅(qū)機(jī)組創(chuàng)新采用現(xiàn)代集成技術(shù)，它將風(fēng)電機(jī)組中的齒輪箱和發(fā)電機(jī)進(jìn)行優(yōu)化配置，在該技術(shù)機(jī)組中，首先選用一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)的中低速永磁發(fā)電機(jī)，將發(fā)電機(jī)的轉(zhuǎn)速盡可能降低，降低到可允許的最低限，然后配置一個(gè)一級(jí)行星傳動(dòng)齒輪箱，最終使二者結(jié)構(gòu)尺寸完美匹配，傳動(dòng)參數(shù)完全吻合。這種組合既充分利用現(xiàn)有發(fā)電機(jī)的穩(wěn)定、可靠的良好品質(zhì)，又大幅度降低風(fēng)電機(jī)組中運(yùn)動(dòng)部件的轉(zhuǎn)速，大大提高機(jī)組的運(yùn)行可靠性。更主要的是這種創(chuàng)新優(yōu)化配置，大大降低了機(jī)組的整體重量，不但大幅度減少制造、運(yùn)輸、吊裝成本，而且，還會(huì)大幅度減少塔筒、基礎(chǔ)的載荷，降低其制造成本。因此，應(yīng)用此技術(shù)開發(fā)大型或超大型機(jī)組將具有良好的發(fā)展前景。

參考文獻(xiàn)

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