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風電中的變槳控制的原理與要求

時間:2021-08-27 15:31:37來源:眾城卓越

導語:?風電,將風能轉(zhuǎn)化為電能,正是新能源應用的一個重要領域。經(jīng)過近百年的發(fā)展,現(xiàn)代風力發(fā)電機系統(tǒng),從塔筒高度,葉輪直徑,輸出功率,控制復雜度都在不斷創(chuàng)造新的記錄,僅國內(nèi)最新型風力發(fā)電機的輸出功率可達10MW,塔筒高度可達115米,葉輪直徑可達185米。

  風力發(fā)電機的所處環(huán)境,也在不斷的擴展。在陸上的風電場,國內(nèi)最高的海拔到了4700米,而海上的風電場,國內(nèi)最遠的風電場,離岸的直線距離為48千米。

  風機的功率和尺寸不斷增大,應用場景不斷擴展,對于風機在風速變化下的適應性,以及極端條件下風機的安全性,提出了更高的要求。而這正是風機變槳控制的拿手好戲。變槳控制,即采用機械液壓或者電動伺服的方式,控制風機槳葉的旋轉(zhuǎn),來調(diào)節(jié)槳葉的節(jié)距角,改變氣流對槳葉的攻角,進而控制風機槳葉捕獲的氣動轉(zhuǎn)矩和氣動功率。

  1、變槳控制原理

  以葉片的旋轉(zhuǎn)面為參考面,當葉片與該面的角度及槳距角為0時,葉片捕獲的風能最大,此時的風力發(fā)電機發(fā)出的功率也最大,當葉片與該面的角度及槳距角為90時,葉片的阻力最大,使得風機停機,這在一些極端天氣里,對整個風機的安全運行至關(guān)重要。

  電動變槳因為運行維護方便,成本低,控制響應高,在風電中采用的越來越多。電動變槳采用電動伺服控制器驅(qū)動變槳電機,變槳電機驅(qū)動小齒輪,小齒輪再驅(qū)動槳葉的變槳軸承,從而實現(xiàn)葉片的轉(zhuǎn)動。

內(nèi)齒變槳軸承

電動變槳示意圖,來自眾城卓越官網(wǎng)

  2、變槳控制的要求

  變槳驅(qū)動器是變槳系統(tǒng)最為核心的部件,其平臺化的產(chǎn)品功能不但可以覆蓋陸上和海上所有風機平臺的需求,也可以幫助這些平臺降低成本,以及進一步提高變槳系統(tǒng)的可靠性和整機控制需求的適應性。變槳距控制系統(tǒng)與變速恒頻技術(shù)相配合,最終提高了整個風力發(fā)電系統(tǒng)的發(fā)電效率和電能質(zhì)量。由于風電場一般建在自然環(huán)境惡劣的地區(qū),變槳控制的驅(qū)動器可靠性,環(huán)境適應性的要求很高,因為一個變槳驅(qū)動器出現(xiàn)故障,輕則造成風機停機,重則危及整個塔筒的安全,即使最小的維修,其停機的發(fā)電損失,以及巨額的維修費用也會對風電場造成巨大的經(jīng)濟損失。從下表可以看出變槳驅(qū)動器的極高的可靠性,環(huán)境適應性,安全性的要求。例如,典型工業(yè)伺服驅(qū)動器的工作環(huán)境溫度只到45°C,45°C以上需要降額,而變槳控制驅(qū)動器的工作溫度最高可達70°C,另外對于振動要求,典型工業(yè)伺服驅(qū)動器的振動依據(jù)頻率范圍在0.5g到1g之間,低頻20HZ以下1g,20Hz~50Hz之間0.5g或者0.6g,而變槳控制驅(qū)動器可達2g,另外變槳控制驅(qū)動器會需要通過低電壓穿越測試,高電壓穿越測試,以及考慮設計/制造失效模式影響分析等等。

伺服驅(qū)動器

變槳控制驅(qū)動器與工業(yè)伺服驅(qū)動器可靠性比較表

  眾城卓越作為國內(nèi)專注于風電領域深耕的廠商,具有較強的自主研發(fā)能力和技術(shù)專利,經(jīng)過多年發(fā)展,具備了一整套集變槳伺服驅(qū)動、變槳電機、偏航系統(tǒng)、變槳儲能于一體的、成熟的、可靠的風電專用解決方案。風電變槳系統(tǒng)是其產(chǎn)品線中的主要產(chǎn)品,與全球變槳產(chǎn)品的廠商都有相應的合作,其推出的PD系列變槳驅(qū)動器,已經(jīng)累計發(fā)貨超過15000臺,服務于全國各地160多個風場,以其高安全性,高可靠性,高集成度受到了多數(shù)風電主機廠和系統(tǒng)集成商客戶的稱贊。

標簽: 新能源

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