1.風力機
風力機是風力發電機組的重要部件,風以一定的風速和攻角作用在風力機的槳葉上,使風輪受到旋轉力矩的作用而旋轉,同時將風能轉化為機械能來驅動發電機旋轉。風力機有定槳距和變槳距之分。風力機的轉速很低,一般在十幾轉每分至幾十轉每分之間,需要經過傳動裝置升速後,才能夠驅動發電機運行。直驅式低速風力發電機組可以由風力機直接驅動發電機旋轉,省去中間的傳動機構,顯著提高了風電轉換效率,同時降低了噪聲的維護費用,也提高了風力發電系統運行的可靠性。
2.傳動系統
傳動系統是指從主軸到發電機軸之間的主傳動鏈,包括主軸及主軸承、齒輪箱、聯軸器等,其功能是將風力機的動力傳遞給發電機。主軸即風輪的轉軸,用於支承風輪,並將風輪產生的扭矩傳遞給齒輪箱或發電機,將風輪產生的推力傳遞給機艙底座和塔架。齒輪箱位於風輪和發電機之間,是傳動系統的關鍵部件,風力發電機組通過齒輪箱將風輪的低轉速變換成發電機所要求的高轉速,同時將風輪產生的扭矩傳遞給發電機。
3.發電機
發電機的任務是將風力機軸上輸出的機械能轉換成電能。發電機的選型與風力機類型以及控制系統直接相關。目前,風力發電機廣泛採用感應發電機、雙饋(繞線式轉子)感應發電機和同步發電機。對於定槳距風力機,係統採用恆頻恆速控制時,應選用感應發電機,為提高風電轉換效率,感應發電機常採用雙速型。對於變槳距風力機,係統採用變速恆頻控制時,應選用雙饋(繞線式轉子)感應發電機或同步發電機。同步發電機中,一般採用永磁同步發電機,為降低控製成本,提高系統的控制性能,也可採用混合勵磁(既有電勵磁又有永磁)同步發電機。對於直驅式風力發電機組,一般採用低速(多級)永磁同步發電機。
4.偏航系統
偏航系統主要用於風輪對風,使風輪能夠最大限度地將風能轉換成軸上的機械能。大中型風力發電機組都需要設置偏航系統。偏航系統設置在機艙底座與塔架之間,由偏航驅動裝置為偏航運動提供動力。偏航驅動裝置大多採用電動式,也可採用液壓式結構。偏航傳感器用來採集和記錄偏航位置,當偏航角度達到設定值時,控制器將自動啟動解纜程式。解纜操作是偏航系統的另一個功能。風力發電機組的電力電纜和通信電纜需要從機艙通過塔架最終連接到地面的控制櫃上,由於偏航系統需要經常進行對風操作,將引起電纜的扭轉。當在一個方向上扭纜嚴重時,機組就需要停機並進行解纜操作。
5.液壓系統
液壓系統是通過油壓液體實現動力傳輸和運動控制的機械單元。液壓系統具有功率密度大、傳動平穩、容易實現無級調速、易於更換元件、過載保護可靠等特點。
6.控制系統
控制系統由各種傳感器、控制器以及各種執行機構等組成。風力發電機組的控制系統一般以PLC為核心,包括硬體系統和軟體系統。傳感信號表明瞭風力發電機組目前運行的狀態,當與機組的給定狀態不相一致時,經過PLC的適當運算和處理後,由控制器發出控制指令,使系統能夠在給定的狀態下運行,從而完成各種控制功能。主要的控制功能有變槳距控制、失速控制、發電機轉矩控制以及偏航控制等。控制的執行機構可以採用電動執行機構,也可能採用液壓執行機構。
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圖-風力發電機組整機系統:1—葉輪;2—機艙;3—塔架;4—基礎;φ—直徑
風力發電機組整機系統如圖2-1所示。風力發電機組的樣式雖多,但總的來說其原理和結構大同小異。風力發電機組主要由葉輪、機艙、塔架和基礎四部分組成,具體包括風力機、變槳距系統、傳動系統、制動系統、偏航系統、液壓系統、發電系統、控制系統及支撐系統等。