風(fēng)力機(jī)結(jié)構(gòu)與系統(tǒng)-風(fēng)力機(jī)系統(tǒng)（新能源發(fā)電）

風(fēng)力發(fā)電技術(shù)風(fēng)力機(jī)結(jié)構(gòu)與系統(tǒng)知識(shí)點(diǎn)7——變槳系統(tǒng)和調(diào)速系統(tǒng)變槳變速型風(fēng)力發(fā)電機(jī)組中,使風(fēng)輪上的葉片繞自身軸線以一定的角速度相對(duì)輪轂轉(zhuǎn)動(dòng),從而改變?nèi)~片槳距角的控制和執(zhí)行系統(tǒng)。變槳系統(tǒng)工作目的是:槳距調(diào)節(jié),即通過改變?nèi)~片槳距角,進(jìn)而改變?nèi)~片升阻力,達(dá)到調(diào)節(jié)風(fēng)電機(jī)組輸出功率的目的。在額定風(fēng)速及以下時(shí),風(fēng)輪的主要功能是捕獲最大風(fēng)能,此時(shí)槳距角保持在最佳角度(一般為0°)。在額定風(fēng)速以上時(shí),受風(fēng)電機(jī)組的機(jī)電系統(tǒng)承受能力的制約,發(fā)電機(jī)的轉(zhuǎn)速和輸出功率須維持在額定值附近。此時(shí),通過變槳系統(tǒng)增加槳距角,降低風(fēng)輪對(duì)風(fēng)能的捕獲,使發(fā)電機(jī)的輸出功率維持在額定功率。在風(fēng)電機(jī)組需要停機(jī)時(shí),通過變槳系統(tǒng)增大槳距角,使葉片向著迎風(fēng)面積減小的方向轉(zhuǎn)動(dòng)直到停在順槳位置(槳距角一般為90°),此時(shí)氣流對(duì)葉片產(chǎn)生了與葉輪旋轉(zhuǎn)方向相反的擾流制動(dòng)力矩,達(dá)到制動(dòng)停機(jī)的目的。分類按照變槳驅(qū)動(dòng)動(dòng)力源的不同:變槳系統(tǒng)分為液壓變槳和電動(dòng)變槳兩種。根據(jù)驅(qū)動(dòng)形式的差異：可分為葉片獨(dú)立變槳和葉片同步變槳兩種類型。葉片獨(dú)立變槳——變槳過程中每片葉片的槳距角可以不同葉片同步變槳——變槳過程中每片葉片的槳距角保持一致AB以液體壓力驅(qū)動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)。動(dòng)力源由液壓站、液壓缸及曲柄連桿機(jī)構(gòu)組成。液壓變槳系統(tǒng)統(tǒng)一變槳驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)以伺服電機(jī)驅(qū)動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)。動(dòng)力源由變槳電機(jī)、減速齒輪箱、傳動(dòng)齒輪(或傳動(dòng)皮帶)和后備電源等組成。電動(dòng)變槳系統(tǒng)齒輪統(tǒng)一變槳驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)調(diào)節(jié)水平軸風(fēng)力發(fā)電機(jī)組風(fēng)輪的轉(zhuǎn)速,使發(fā)電機(jī)運(yùn)行在額定轉(zhuǎn)速和額定功率附近的裝置。調(diào)速系統(tǒng)功能:保證水平軸風(fēng)力發(fā)電機(jī)組在自然風(fēng)速高于額定風(fēng)速時(shí)能夠穩(wěn)定運(yùn)行,限制風(fēng)輪轉(zhuǎn)速及輸出功率,使之不超過允許值。調(diào)速系統(tǒng)主要適用于中小型風(fēng)力發(fā)電機(jī)組。常見的調(diào)節(jié)方式主要有風(fēng)輪偏轉(zhuǎn)調(diào)速和葉片變槳距調(diào)速。AB在風(fēng)力增強(qiáng)時(shí)使風(fēng)輪偏轉(zhuǎn)為側(cè)面向風(fēng)是一些小型風(fēng)力機(jī)采用的抗強(qiáng)風(fēng)方式。風(fēng)輪偏轉(zhuǎn)調(diào)速葉片變槳距調(diào)速01葉片或葉片的一部分繞自身的軸線偏轉(zhuǎn),改變槳距角——改變?nèi)~片槳距角稱作變槳距。02根據(jù)風(fēng)輪功率特性，在最佳槳距角時(shí)葉片有較高的升阻比風(fēng)輪有較高的氣動(dòng)效率;反之,風(fēng)輪的氣動(dòng)效率則降低。當(dāng)風(fēng)速大于風(fēng)電機(jī)組的額定風(fēng)速時(shí),改變?nèi)~片槳距,使風(fēng)輪氣動(dòng)效率降低,保持風(fēng)輪在額定轉(zhuǎn)速下運(yùn)行。風(fēng)力發(fā)電技術(shù)風(fēng)力機(jī)結(jié)構(gòu)與系統(tǒng)知識(shí)點(diǎn)8——偏航系統(tǒng)

水平軸風(fēng)電機(jī)組中,根據(jù)控制系統(tǒng)指令在風(fēng)向變化時(shí)驅(qū)動(dòng)機(jī)艙和風(fēng)輪繞塔架中心線水平旋轉(zhuǎn)的系統(tǒng)。其功能是在風(fēng)電機(jī)組運(yùn)行中,保證風(fēng)輪掃風(fēng)面始終處于迎風(fēng)狀態(tài),使風(fēng)輪保持最大功率輸出。風(fēng)力發(fā)電機(jī)組安裝的風(fēng)向識(shí)別裝置與控制系統(tǒng)保持通信。A當(dāng)風(fēng)向與風(fēng)輪旋轉(zhuǎn)軸偏離一個(gè)角度時(shí),控制系統(tǒng)開始計(jì)時(shí)。當(dāng)偏離時(shí)間達(dá)到一定數(shù)值時(shí),控制系統(tǒng)判定風(fēng)向改變,發(fā)出釋放偏航制動(dòng)器的指令。工作原理控制系統(tǒng)收到反饋信號(hào)后發(fā)出逆時(shí)針或順時(shí)針轉(zhuǎn)向指令,控制偏航電動(dòng)機(jī)將風(fēng)輪旋轉(zhuǎn)軸調(diào)整到與風(fēng)向一致的方位。D完成偏航動(dòng)作后,偏航制動(dòng)器再次制動(dòng),保證風(fēng)電機(jī)組安全運(yùn)行。工作原理

包括偏航驅(qū)動(dòng)裝置、偏航軸承、偏航制動(dòng)器、偏航傳感器、扭纜保護(hù)裝置等?；緲?gòu)成用于提供偏航的動(dòng)力，由偏航電動(dòng)機(jī)減速器、偏航小齒輪組成。偏航驅(qū)動(dòng)裝置

通常每臺(tái)風(fēng)電機(jī)組有4~6套驅(qū)動(dòng)裝置,驅(qū)動(dòng)裝置在旋轉(zhuǎn)圓周上均勻配置,保持驅(qū)動(dòng)力平衡。

用于在偏航過程中提供必要的阻尼力矩,在偏航結(jié)束后鎖定機(jī)艙位置。偏航制動(dòng)裝置用于感知和記錄偏航位移。偏航傳感器偏航軸承

用于承載風(fēng)電機(jī)組塔架以上的全部重量,并使偏航動(dòng)作減小摩擦,轉(zhuǎn)動(dòng)靈活。安全鏈觸發(fā)開關(guān)之一,由控制開關(guān)和觸點(diǎn)機(jī)構(gòu)構(gòu)成。扭纜保護(hù)裝置

控制開關(guān)一般安裝在塔架內(nèi)壁的支架上,觸點(diǎn)機(jī)構(gòu)一般安裝在懸垂的電纜上。當(dāng)懸垂的電纜扭絞到一定程度后,觸點(diǎn)機(jī)構(gòu)被提升或被松開而觸發(fā)控制開關(guān),安全鏈被觸發(fā)引起緊急停機(jī)。風(fēng)力發(fā)電技術(shù)風(fēng)力機(jī)結(jié)構(gòu)與系統(tǒng)知識(shí)點(diǎn)9——控制系統(tǒng)

通過實(shí)時(shí)采集和處理風(fēng)電機(jī)組的各種運(yùn)行信息,自動(dòng)調(diào)整風(fēng)電機(jī)組運(yùn)行狀態(tài),使風(fēng)電機(jī)組能夠按照設(shè)計(jì)要求安全、高效運(yùn)行的系統(tǒng)。基本控制目標(biāo)：是保證風(fēng)電機(jī)組安全可靠運(yùn)行,獲取最大能量和提供高質(zhì)量的電能?；緲?gòu)成硬件和軟件組成，通過信號(hào)傳輸設(shè)備組成控制網(wǎng)絡(luò)。軟件為工業(yè)控制軟件硬件主要包括傳感器、主控制器、執(zhí)行機(jī)構(gòu)和人機(jī)界面等?？刂葡到y(tǒng)基本功能運(yùn)行功能保護(hù)功能記錄功能基本功能顯示功能控制功能試驗(yàn)功能運(yùn)行功能保證機(jī)組正常運(yùn)行的一切要求。保護(hù)功能記錄功能顯示功能控制功能試驗(yàn)功能風(fēng)力發(fā)電技術(shù)風(fēng)力機(jī)結(jié)構(gòu)與系統(tǒng)知識(shí)點(diǎn)10——安全鏈

獨(dú)立于控制系統(tǒng)的安全保護(hù)系統(tǒng),其動(dòng)作信號(hào)被設(shè)計(jì)成串聯(lián)結(jié)構(gòu)。

功能是在風(fēng)電機(jī)組發(fā)生嚴(yán)重故障或出現(xiàn)潛在嚴(yán)重故障隱患時(shí),采取緊急停機(jī)措施,以保護(hù)機(jī)組安全。風(fēng)輪轉(zhuǎn)速超速振動(dòng)限位開關(guān)觸發(fā)看門狗定時(shí)器中斷急停按鈕觸發(fā)扭纜保護(hù)開關(guān)觸發(fā)控制系統(tǒng)電源失電變槳系統(tǒng)故障安全鏈觸發(fā)條件安全鏈觸發(fā)條件

任意一個(gè)發(fā)生,都將引起整個(gè)回路斷電,機(jī)組進(jìn)人緊急停機(jī)狀態(tài),并引起控制系統(tǒng)、變流器、偏航系統(tǒng)和變槳系統(tǒng)失電閉鎖。

達(dá)到風(fēng)輪的過速限制風(fēng)輪轉(zhuǎn)速超速

當(dāng)風(fēng)輪轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí),會(huì)引起塔架的受迫振動(dòng)。限位開關(guān)振動(dòng)限位開關(guān)觸發(fā)“看門狗”定時(shí)器中斷在規(guī)定時(shí)間內(nèi)沒有收到控制器給出的復(fù)位信號(hào)。急停按鈕觸發(fā)當(dāng)發(fā)生緊急情況導(dǎo)致風(fēng)電機(jī)組或人身安全面臨威脅。急停按鈕

當(dāng)偏航系統(tǒng)自動(dòng)解纜功能故障,且達(dá)到威脅機(jī)組安全運(yùn)行的程度時(shí)。扭纜保護(hù)開關(guān)觸發(fā)扭纜保護(hù)系統(tǒng)控制系統(tǒng)電源失電控制系統(tǒng)的計(jì)算機(jī)失電。

變槳時(shí)發(fā)生故障變槳系統(tǒng)故障風(fēng)力發(fā)電技術(shù)風(fēng)力機(jī)結(jié)構(gòu)與系統(tǒng)知識(shí)點(diǎn)11——傳動(dòng)系統(tǒng)齒輪箱傳動(dòng)型結(jié)構(gòu)直驅(qū)型傳動(dòng)結(jié)構(gòu)半直驅(qū)型傳動(dòng)結(jié)構(gòu)

風(fēng)電機(jī)組中將風(fēng)輪的旋轉(zhuǎn)力矩傳遞給發(fā)電機(jī)發(fā)電的動(dòng)力傳輸裝置的組合。匯集了風(fēng)電機(jī)組中的主要旋轉(zhuǎn)機(jī)械部件,分為齒輪箱傳動(dòng)型結(jié)構(gòu)、直驅(qū)型傳動(dòng)結(jié)構(gòu)和半直驅(qū)型傳動(dòng)結(jié)構(gòu)。

風(fēng)輪主軸通過主軸承和軸承座與主機(jī)架固定,主軸前端連接風(fēng)輪,另一端與齒輪箱輸人軸連接,齒輪箱輸出軸通過聯(lián)軸器與發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子連接。齒輪箱傳動(dòng)型結(jié)構(gòu)此類傳動(dòng)結(jié)構(gòu)中除齒輪箱外,主要連接部件有風(fēng)輪主軸、主軸承、聯(lián)軸器。

傳動(dòng)系統(tǒng)中沒有齒輪箱,風(fēng)輪主軸直接與發(fā)電機(jī)外轉(zhuǎn)子或內(nèi)轉(zhuǎn)輪轂發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子制動(dòng)裝置子的法蘭盤相連接,主軸或與發(fā)電機(jī)內(nèi)轉(zhuǎn)子的輸入軸相連接,風(fēng)輪葉片旋轉(zhuǎn)不通過齒輪箱增速,直接驅(qū)動(dòng)發(fā)電機(jī)發(fā)電。直驅(qū)型傳動(dòng)結(jié)構(gòu)直驅(qū)型傳動(dòng)結(jié)構(gòu)直驅(qū)型傳動(dòng)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單,風(fēng)輪及機(jī)艙整體質(zhì)心相對(duì)于塔架偏心較小。缺點(diǎn)是發(fā)電機(jī)尺寸較大

傳動(dòng)系統(tǒng)中設(shè)計(jì)了增速齒輪副,風(fēng)輪主軸發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子增速齒輪副直接與齒輪副輸入軸主軸的法蘭盤連接,經(jīng)過連接輪轂的法蘭增速后,齒輪副輸出軸再連接到發(fā)電機(jī)的內(nèi)轉(zhuǎn)子發(fā)電。半直驅(qū)型傳動(dòng)結(jié)構(gòu)半直驅(qū)型傳動(dòng)結(jié)構(gòu)

這種傳動(dòng)結(jié)構(gòu)有齒輪箱的增速功能,但增速比一般,與直驅(qū)型相比,發(fā)電機(jī)尺寸可以稍小一些。風(fēng)力發(fā)電技術(shù)風(fēng)力機(jī)結(jié)構(gòu)與系統(tǒng)知識(shí)點(diǎn)12——防雷系統(tǒng)

保護(hù)風(fēng)電機(jī)組結(jié)構(gòu)、部件和電氣線路免受雷擊或雷電感應(yīng)及雷電波侵入損害的防護(hù)裝置的組合。防雷系統(tǒng)采取外部防雷和內(nèi)部防雷兩種措施。A外部防雷主要防止直擊雷對(duì)風(fēng)電機(jī)組的直接損害。內(nèi)部防雷主要防止雷電感應(yīng)和雷電波侵入對(duì)風(fēng)電機(jī)組造成的損害。BC屏蔽等電位連接限壓器防雷系統(tǒng)外部防雷措施內(nèi)部防雷措施接閃器(避雷針)引下線共用接地極

主要目標(biāo)是避免雷電直擊葉片主體,防止葉片復(fù)合材料層之間或在葉片內(nèi)部因形成電弧導(dǎo)致葉片發(fā)熱膨脹、迸裂損壞。葉片防雷葉片防雷測(cè)試

風(fēng)輪葉片設(shè)計(jì)和制作過程中,在葉尖和葉片外表面安裝有1個(gè)或多個(gè)接閃器,在葉片內(nèi)腔鋪設(shè)有足夠截面的引下線,通過引下線將接閃器與輪轂連接。當(dāng)遭遇雷電時(shí),雷電電流由接閃器、引下線通過輪轂進(jìn)入機(jī)艙,最終引入大地。直擊雷、雷電感應(yīng)和雷電波都有可能對(duì)機(jī)艙內(nèi)的設(shè)備或人員造成侵害。機(jī)艙防雷01機(jī)艙外殼頂部安裝避雷針。02機(jī)艙罩要增加金屬框架或金屬網(wǎng)格用于屏蔽雷電感應(yīng)和雷電波。03機(jī)艙內(nèi)主要部件通過導(dǎo)電線路與機(jī)艙底座連接構(gòu)成等電位體。電氣設(shè)備防雷01發(fā)電機(jī)、電動(dòng)機(jī)、變壓器、開關(guān)柜等電氣設(shè)備,在設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)考慮能耐受一定的沖擊過電壓。02低壓傳輸線路通過屏蔽和限壓器提供防雷保護(hù)。

對(duì)浪涌耦合和損害尤其敏感的設(shè)備和回路,提供等電位連接和屏蔽以限制可能的耦合,并在保護(hù)區(qū)的邊界加裝適當(dāng)?shù)南迚浩鲗⑹Ｓ嗟睦擞狂詈弦虢拥叵到y(tǒng)。風(fēng)力發(fā)電技術(shù)風(fēng)力機(jī)結(jié)構(gòu)與系統(tǒng)知識(shí)點(diǎn)13——制動(dòng)系統(tǒng)

由動(dòng)力源、控制系統(tǒng)和執(zhí)行機(jī)構(gòu)組成的,使風(fēng)電機(jī)組從運(yùn)行狀態(tài)轉(zhuǎn)變到停機(jī)狀態(tài)的裝置和部件的組合。實(shí)施制動(dòng)有兩種情況:一種是在控制統(tǒng)的指令下實(shí)施的正常制動(dòng);另一種是在突發(fā)故障時(shí),由安全鏈觸發(fā)引起的緊急制動(dòng)?？諝鈩?dòng)力制動(dòng)合機(jī)械制動(dòng)根據(jù)制動(dòng)原理,制動(dòng)系統(tǒng)分為空氣動(dòng)力制動(dòng)和機(jī)械制動(dòng)兩類。在風(fēng)電機(jī)組的制動(dòng)過程中,兩種制動(dòng)形式是互相配合的。制動(dòng)原理制動(dòng)系統(tǒng)分為通過增加作用在風(fēng)輪葉片上的氣動(dòng)阻力,使風(fēng)輪轉(zhuǎn)速降低的制動(dòng)方式。空氣動(dòng)力制動(dòng)

空氣動(dòng)力制動(dòng)不能使風(fēng)電機(jī)組完全停止轉(zhuǎn)動(dòng),需要配備機(jī)械制動(dòng)系統(tǒng)輔助制動(dòng)。定槳恒速型風(fēng)電機(jī)組空氣動(dòng)力制動(dòng)通過釋放葉尖擾流器增加氣動(dòng)阻力達(dá)到制動(dòng)目的。

通過變槳系統(tǒng)將葉片順槳,即槳距角調(diào)節(jié)至90°左右。風(fēng)輪受到的與旋轉(zhuǎn)方向相反的阻力快速增加,其轉(zhuǎn)速下降,達(dá)到氣動(dòng)制動(dòng)的效果對(duì)于變槳變速型風(fēng)電機(jī)組,在制動(dòng)時(shí)由液壓系統(tǒng)或伺服電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)葉片執(zhí)行順槳?jiǎng)幼?使葉片平面旋轉(zhuǎn)至與風(fēng)向平行時(shí)停止。變槳變速型風(fēng)電機(jī)組空氣動(dòng)力制動(dòng)利用物體之間的相互摩擦力實(shí)現(xiàn)使風(fēng)輪旋轉(zhuǎn)速度降低直至靜止的制動(dòng)方式。機(jī)械制動(dòng)

機(jī)械制動(dòng)裝置一般安裝在齒輪箱輸出軸(即高速軸)上,由液壓系統(tǒng)、制動(dòng)盤和制動(dòng)器組成,在控制系統(tǒng)指令下實(shí)施制動(dòng)。風(fēng)力發(fā)電技術(shù)風(fēng)力機(jī)結(jié)構(gòu)與系統(tǒng)知識(shí)點(diǎn)14——海上風(fēng)力發(fā)電機(jī)組基礎(chǔ)位于多年平均大潮高潮線以下位置的風(fēng)力發(fā)電機(jī)組基礎(chǔ)。通常包括支撐海上風(fēng)力發(fā)電機(jī)組塔架的平臺(tái)及底部支撐結(jié)構(gòu),按水深條件可以分為潮間帶、潮下帶、近海及深?；A(chǔ)。

海上風(fēng)力發(fā)電機(jī)組基礎(chǔ)固定式

將基礎(chǔ)一端固定在海床，另一端露出海面承載風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的基礎(chǔ)類型,常見的有單樁式、多樁式和導(dǎo)管架式基礎(chǔ)。固定式基礎(chǔ)

上端通常設(shè)有過渡段,過渡段與樁之間通過灌漿連接。單樁基礎(chǔ)上端通過過渡段的法蘭與風(fēng)電機(jī)組塔筒相連,下端固定于海底下的地基土中。

此基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單,加工和施工方便。單樁基礎(chǔ)高樁承臺(tái)基礎(chǔ)

由一個(gè)混凝土承臺(tái)和多根鋼管樁組成的基礎(chǔ)。在海床上