【正文】 ? 為槳距角， ? 為相對風(fēng)速， ? 為葉尖速比。電作動筒工作行程： (625~645)mm；作動筒作用力 (持續(xù)載荷 )： (69950~79720)N；作動筒重量(包括電機(jī) )不大于 50kg，有專用的控制柜，重復(fù)定位精度：小于 ? ；作動筒活塞桿位移從 (0~180)mm，響應(yīng)時(shí)間： 。為了提高風(fēng)功率的吸收率，需要變槳距調(diào)節(jié)。 their owncdsvlpa,mxukgf.()ybTqCzjSAX 圖 41 變槳距系統(tǒng)硬件框圖 變槳距調(diào)節(jié)原理 風(fēng)流經(jīng)風(fēng)輪轉(zhuǎn)子時(shí)，風(fēng)力機(jī)風(fēng)輪轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速 2312 PC R vPTT??? ? ? （ 1） 式中，風(fēng)輪轉(zhuǎn)矩 T 是由負(fù)載決定的， R 為風(fēng)輪半徑， ? 為空氣密度。所有機(jī)艙的信號，如電源線、 Canopen 總線、安全鏈信號等，都從機(jī)艙經(jīng)過滑環(huán)進(jìn)入輪轂內(nèi)的變槳控制柜內(nèi)，實(shí)現(xiàn)機(jī)艙與輪轂動力和信號的傳輸。液壓執(zhí)行機(jī)構(gòu)以其響應(yīng)頻率快、轉(zhuǎn)矩大、便于集中布置等優(yōu)點(diǎn)占有主要的地位，總的來說其技術(shù)已較成熟，但由于其液壓驅(qū)動本身存在油泄露問題，且受溫度變化影響大，所以精度受到限制。 隨著 風(fēng)電技術(shù)的不斷成熟，變距控制型風(fēng)電機(jī)組以其優(yōu)越的性能越來越受到人們的青睞。 小結(jié) 風(fēng)電機(jī)組的設(shè)計(jì)在不同條件下對它的設(shè)計(jì)要求是不同的，本章詳細(xì)的介紹 了在設(shè)計(jì)風(fēng)電機(jī)組時(shí)可能遇到的情況以及如何設(shè)計(jì)。 研制的樣機(jī)通常 需要一段時(shí)間的實(shí)際運(yùn)行，參照有關(guān)的產(chǎn)品認(rèn)證標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行必要的測試。因此，需要詳細(xì)分析主要零部件在風(fēng)電機(jī)組壽命期內(nèi)的循環(huán)應(yīng)力值和循環(huán)次數(shù)。 2）構(gòu)件剛度分析 構(gòu)件剛度一般是指其抵抗變形的能力，包括在動載荷和靜載荷作用的剛度。 （ 2）設(shè)計(jì)準(zhǔn)則 風(fēng)電機(jī)組的零部件很多，相應(yīng)的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)應(yīng)根據(jù)具體的設(shè)計(jì)要求，參照合理的設(shè)計(jì)準(zhǔn)則進(jìn)行詳細(xì)的設(shè)計(jì)與校核。對重要承載零部件，總體設(shè)計(jì)中還應(yīng)規(guī)定合理的使用壽命等技術(shù)指標(biāo)。此種量化指標(biāo)屬于廣義可靠性范疇，因其同時(shí)包括了風(fēng)電機(jī)組可靠性和可維修性等方面的內(nèi)容。 3）穩(wěn)定性 風(fēng)電機(jī)組載荷存在復(fù)雜的耦合關(guān)系，可能會導(dǎo)致各種動力穩(wěn)定性問題的產(chǎn)生。同時(shí)，葉片等構(gòu)件的動負(fù)載將合成為風(fēng)輪的動負(fù)載，也是風(fēng)電機(jī)組振動的主要振源。 （ 2）風(fēng)電機(jī)組結(jié)構(gòu)動力學(xué)分析 在初步完成風(fēng)電機(jī)組總體設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)上，需要進(jìn)一步對風(fēng)電機(jī)組動特性進(jìn)行詳細(xì)的分析。 7）配套附件 選擇和確定整機(jī)配套附件和備件等設(shè)備，對新研制的部件要確定技術(shù)要求和協(xié)作關(guān)系。 5）發(fā)電成本估算 是影響風(fēng)電成本的關(guān)鍵因素。 4）載荷 分析與風(fēng)電機(jī)組基本性能的預(yù)評估 在設(shè)計(jì)初期，必須對載荷作預(yù)評估，以準(zhǔn)確確定風(fēng)電機(jī)組的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)依據(jù)。 2 ）風(fēng)電機(jī)組總體參數(shù)設(shè)計(jì) 蘭州交通大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） their owncdsvlpa,mxukgf.()ybTqCzjSAX21 風(fēng)電機(jī)組氣動設(shè)計(jì)前須首先確定總體參數(shù)，如風(fēng)輪運(yùn)行參數(shù)、葉片參數(shù)、設(shè)計(jì)風(fēng)速、尖速比、翼型分布及其氣動性能等，總體參數(shù)設(shè)計(jì)的基本要求是發(fā)電成 本最低、機(jī)組載荷最小 ， 發(fā)電量多且滿足電源品質(zhì)要求。 由于風(fēng)電機(jī)組由多個(gè)功能子系統(tǒng)組成 ， 機(jī)組總體設(shè)計(jì)與各部件或子系統(tǒng)的功能設(shè)計(jì)密切相 關(guān) ， 以針對風(fēng)輪部件的總體設(shè)計(jì)為例 ， 就包括了葉片參數(shù) 、 氣動性能 、 結(jié)構(gòu)強(qiáng)度 、 制造工藝與成本等多方面的設(shè)計(jì)內(nèi)容，而這些設(shè)計(jì)目標(biāo)很難同時(shí)達(dá)到，需要權(quán)衡各方的比重，選擇優(yōu)化的方案。近海風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的運(yùn)行環(huán)境（如風(fēng)況、波浪和鹽霧等 ） 、安裝條件等與陸上有很大差別，基礎(chǔ)和運(yùn)輸方式需要重點(diǎn)考慮。 3． 1 確定設(shè)計(jì)目標(biāo) 與所有大型裝備的設(shè)計(jì)相似，首先需要明確所設(shè)計(jì)風(fēng)電機(jī)組的設(shè)計(jì)目標(biāo)。 實(shí)際上，在風(fēng)電機(jī)組中，能量流和信息流組成了閉環(huán)控制系統(tǒng)。在起動和停止的過程中，也需要改變?nèi)~片的槳距 角。在出現(xiàn)惡劣的外部環(huán)境和機(jī)組零部件突然失效時(shí)應(yīng)該緊急停機(jī)。 對于并網(wǎng)型風(fēng)電機(jī)組，發(fā)電系統(tǒng)輸出的電流經(jīng)過變壓器升壓后，即可輸入電網(wǎng)。主傳動系統(tǒng)可能使轉(zhuǎn)矩和轉(zhuǎn)速發(fā)生變控制系統(tǒng) 偏航系統(tǒng) 主傳動系統(tǒng) 制動裝置 發(fā)電系統(tǒng) 測風(fēng)系統(tǒng) 變槳距系 統(tǒng) their owncdsvlpa,mxukgf.()ybTqCzjSAX化，于是有 2 2 2 1 1 1P = M = M ?? ? （ 12） 式中 P2—— 主傳動系統(tǒng) 的輸出功率，單位為 W； M2— — 主傳動系統(tǒng)的輸出轉(zhuǎn)矩，單位為 N 電網(wǎng) 風(fēng) M1 ?1 M2 ?2 P3 變壓器 轉(zhuǎn)速測量 風(fēng)力發(fā)電機(jī) 調(diào)速 風(fēng)速、風(fēng)向 功率測量 圖 22 風(fēng)電機(jī)組的工作原理 1． 能量流 當(dāng)風(fēng)以一定的速度吹向風(fēng)力發(fā)電機(jī)時(shí)，在風(fēng)輪上產(chǎn)生的力矩驅(qū)動風(fēng)輪轉(zhuǎn)動。 2． 2 風(fēng)電機(jī)組的工作原理 在風(fēng)力發(fā)電機(jī)組中，存在著兩種物質(zhì)流。并網(wǎng)風(fēng)電機(jī)組發(fā)電單元可采用異步發(fā)電機(jī)或同步發(fā)電機(jī)，將風(fēng)輪產(chǎn)生的旋轉(zhuǎn)機(jī)械能轉(zhuǎn)換為電能 。該單元一般包括與風(fēng)輪輪轂相連接的主軸、傳動和制動機(jī)構(gòu)等。 圖 21 風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)的基本功能構(gòu)成 （ 1） 一次能源轉(zhuǎn)換單元 風(fēng)能是風(fēng)力發(fā)電的一次能源，相應(yīng)的能量轉(zhuǎn)換單元是風(fēng)電機(jī)組的核心部分，包括風(fēng)輪、功率控制（調(diào)速）等部件。為了可持續(xù)發(fā)展，我國的風(fēng)電發(fā)展產(chǎn)業(yè)需要借鑒其他產(chǎn)業(yè)的經(jīng)驗(yàn)教訓(xùn)，要重質(zhì)量，講效益，走集約發(fā)展路線，創(chuàng)造和諧發(fā)展藍(lán)圖。我國的風(fēng)電機(jī)組在電網(wǎng)電壓跌落情況下，也必須采取相應(yīng)的應(yīng)對措施，確保風(fēng)電系統(tǒng)的安全運(yùn)行并實(shí)現(xiàn) LVRT功能。 1． 4． 12 低電壓穿越技術(shù)得到應(yīng)用 隨著風(fēng)電機(jī)組單機(jī)容量的不斷增大和風(fēng)電場規(guī)模的不斷擴(kuò)大，風(fēng)電機(jī)組與電網(wǎng)間的相互影響已日趨嚴(yán)重。國外還對風(fēng)電機(jī)組和風(fēng)電場的短期及長期發(fā)電量預(yù)測做了很多研究，取得了重大進(jìn)步，預(yù)測精確度可達(dá) 90％以上。一旦這種紗絲鋪進(jìn)模具，加熱模具到一定溫度后，塑料 就會融化，并將紗絲轉(zhuǎn)化為合成材料，這可能會使葉片生產(chǎn)時(shí)間縮短 50%。例如德國Enercon 公司的 E126 6MW 風(fēng)電機(jī)組的葉片由內(nèi)、外兩段葉片組成，靠近葉根的內(nèi)段由鋼制造，外包玻璃鋼殼體形成氣動形狀表面。 額外的葉片狀況檢測設(shè)備將被開發(fā)出來并安裝在風(fēng)電機(jī)組上，以便在葉片結(jié)構(gòu)中的裂紋發(fā)展成致命損壞之前或風(fēng)電機(jī)組整機(jī)損壞之前警示操作者。 1． 4． 8 智能化控制技術(shù)的應(yīng)用加速提高了風(fēng)電機(jī)組的可靠性和壽命 鑒于風(fēng)電機(jī)組的極限載荷和疲勞載荷是影響風(fēng)電機(jī)組及部件可靠性和壽命的主要因素之一，近年來，風(fēng)電機(jī)組制造廠家與有關(guān)研究部門積極研究風(fēng)電機(jī)組的最優(yōu)運(yùn)行和控制規(guī)律，通過采用智能化控制技術(shù)，與整機(jī)設(shè)計(jì)技術(shù)結(jié)合，努力減少和 their owncdsvlpa,mxukgf.()ybTqCzjSAX避免風(fēng)電機(jī)組運(yùn)行在極限載荷和疲勞載荷，并逐步成為風(fēng)電控制技術(shù)的主要發(fā)展方向。 我國在大型風(fēng)電機(jī)組關(guān)鍵部件方面也取得明顯進(jìn)步，如南京高速齒輪箱廠、重慶齒輪箱 廠、大重減速機(jī)廠、杭州前進(jìn)齒輪箱廠和德陽二重等主要齒輪箱制造企業(yè)生產(chǎn)的大型風(fēng)電機(jī)組齒輪箱，供貨能力充足，質(zhì)量已有明顯提高；保定惠騰、連云港中復(fù)連眾和中材科技已能生產(chǎn)長達(dá) ，與 3 兆瓦風(fēng)電機(jī)組配套的大尺寸葉片，蘭州電機(jī)廠生產(chǎn)的發(fā)電機(jī)等產(chǎn)品質(zhì)量都有很大提高。與此同時(shí)，半直驅(qū)式風(fēng)電機(jī)組也開始出現(xiàn)在世界風(fēng)電市場上。 伴隨著直驅(qū)式風(fēng)電系統(tǒng)的出現(xiàn)，全功率變流技術(shù)得到了發(fā)展和應(yīng)用。 金風(fēng)科技在 2021 年是我國風(fēng)電市場的第二大供應(yīng)商。西門子 公司已經(jīng)在丹麥的西部安裝了兩臺 3GMW 的直驅(qū)式風(fēng)電機(jī)組，這兩臺風(fēng)力機(jī)正處于試運(yùn)行階段。 2021 年我國新增風(fēng) 電機(jī)組中，雙饋異步發(fā)電型變速風(fēng)電機(jī)組仍然占 82％以上。德國 Repower 公司利用該技術(shù)開發(fā)的機(jī)組單機(jī)容量已經(jīng)達(dá)到 5MW。 2021 年，在全球所安裝的風(fēng)電機(jī)組中有95％的風(fēng)電機(jī)組采用了變槳變速方式，而且比例還在逐漸上升。我國華銳風(fēng)電的 3MW 海上風(fēng)電機(jī)組已經(jīng)在上海東海大橋海上風(fēng)電場成功投入運(yùn)行， 5MW 海上風(fēng)電機(jī)組已在 2021 年 10 月底下線。 1． 4． 3 風(fēng)電機(jī)組單機(jī)容量持續(xù)增大 近年來，世界風(fēng)電市場中風(fēng)電機(jī)組的單機(jī)容量持續(xù)增大，隨著單機(jī)容量不斷增大和利用效率提高，世界上主流機(jī)型已經(jīng)從 2021 年的 5001000kW 增加到 2021 年的 231VM。 Micon 公司；美國 GE 公司收購了德國安然風(fēng)電公司； Siemes 公司收購了丹麥 AN/Bonus 和德國 winergy AG 公司；印度 Suzlon 公司控股了 Repower 公司；金風(fēng)科技收購了德國 Vensys 公司；湘電股份1000 萬歐元收購荷蘭達(dá)爾文公司；中復(fù)連眾收購了德國 NOI 公司；中航惠騰 2021年收購了荷蘭 CTC 葉片公司；美國 GE 公司與哈電集團(tuán)合資成立了通用哈電風(fēng)能（沈陽）公司和哈電通用風(fēng)能（江蘇）公司。 1． 4 國內(nèi)外風(fēng)電機(jī)組發(fā)展趨勢 縱觀世界風(fēng)電產(chǎn)業(yè)技術(shù)現(xiàn)實(shí)和前沿技術(shù)的發(fā)展，目前全球風(fēng)電制造技術(shù)發(fā)展主要呈現(xiàn)如下特點(diǎn)： 1． 4． 1 產(chǎn)業(yè)集中是總的趁勢 2021 年，世界排名前十位的風(fēng)電機(jī)組制造企業(yè)占據(jù)了全球 ％的市場份額，世界排名前十五位的風(fēng)電機(jī)組制造企業(yè)占據(jù)了全球 ％的市場份額，丹麥VESTAS、美國 GE WIND、中國華銳、德國 ENERCON、中國金風(fēng)這前 5 家企業(yè)，就占蘭州交通大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） their owncdsvlpa,mxukgf.()ybTqCzjSAX11 據(jù)了國內(nèi)外 ％市場 份領(lǐng)。 風(fēng)電技術(shù)研發(fā) “九五”和“ 十五”期間，我國政府組織實(shí)施“乘風(fēng)計(jì)劃”和“國家科技攻關(guān)計(jì)劃”，以及國債項(xiàng)目和風(fēng)電特許權(quán)項(xiàng)目，支持建立了首批 6 家風(fēng)電整機(jī)企業(yè)，進(jìn)行風(fēng)電技術(shù)的引進(jìn)和消化吸收，部分企業(yè)掌握了單機(jī)容量 600kW 和 750 kW 定槳距風(fēng)電機(jī)組的總裝技術(shù)和關(guān)鍵部件設(shè)計(jì)制造技術(shù)，實(shí)現(xiàn)了規(guī)?；a(chǎn)，邁出了產(chǎn)業(yè)化發(fā)展的第一步。 風(fēng)電設(shè)備制造能力 風(fēng)電設(shè)備制造業(yè)發(fā)展迅猛。當(dāng)年裝機(jī)容量僅次于美國和西班牙，超過德國和印度，成為世界上最主要的風(fēng)電市場之一。 1． 3． 2 我國風(fēng)電 裝機(jī)容量 2021 年年底，全國的風(fēng)力發(fā)電裝機(jī)容量約為 764MW。 h，分別占屆時(shí)歐盟風(fēng)電裝機(jī)容量和發(fā)電量的 35%和 20%。風(fēng)電在歐美發(fā)達(dá)國家已經(jīng)逐步成為重要的替代能源。在歐盟 2021 年新增發(fā)電裝機(jī)容量中，風(fēng)電開始超過天然氣發(fā)電成為第一大新增電源，占新增容量的 46%。 2021 年全球新裝機(jī)容量超過 27GW，同比增長 42%，風(fēng)電裝機(jī)增長率為 29%，高于過去 5 年的平均增長速度。 裝機(jī)容量高速增長 根據(jù)全球風(fēng)能協(xié)會公布的 2021~2021 年統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)，全球風(fēng)電平均增長率為蘭州交通大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） their owncdsvlpa,mxukgf.()ybTqCzjSAX9 %。 20 世紀(jì) 80 年代中期以后，我國先后從丹麥、比利時(shí)、瑞典、美國、德國引進(jìn)一批中、大型風(fēng)電機(jī)組，在新疆、內(nèi)蒙古的風(fēng)口及山東、浙江、福建、廣東的島嶼建立了 8 座示范性風(fēng)電場。在 20 世紀(jì) 70 年代中期以后，我國將風(fēng)能開發(fā)利用列入“六五”國家重點(diǎn)項(xiàng)目，得到迅速發(fā)展。不過，當(dāng)時(shí)的發(fā)電量較低，大都在 5kW 以下。隨著煤、石油、天然氣的大規(guī)模開采和廉價(jià)電力的獲得，由于成本高、效率低、使用不方便等，風(fēng)力發(fā)電機(jī)械無法與蒸汽機(jī)、內(nèi)燃機(jī)和電動機(jī)等競爭而逐漸被淘汰。在蒸汽機(jī)發(fā)明以前，風(fēng)能曾經(jīng)作為重要的動力，用于船舶航行、提水飲用和灌溉、排水造田、磨面和鋸木等。全球的風(fēng)能總量約為 106GW，其中可利用的風(fēng)能總量為 104GW，比地球上可開發(fā)利用的水能總量還要大 10 倍。 全球市場對于風(fēng)這樣的零排放技術(shù)有著巨大且持續(xù)增長的需求。綠色電力來源于風(fēng)能、小水電 、太陽能、地?zé)?、生物質(zhì)和其他可再生能源。 1． 2． 3 可再生能源開發(fā)利用 目前，如何解決能源危機(jī)及其引起的環(huán)境危機(jī)成為全球經(jīng)濟(jì)可持續(xù)發(fā)展所面臨的待 解決的重大課題。研究表明：地球變暖不是地球本身自然循環(huán)的變化，而是人類活動排放的 CO2等溫室氣體效應(yīng)造成的。燃燒不斷產(chǎn)生 CO2 和其他溫室氣體，使得原來沉積在地下的碳元素，被大量釋放到空氣中?？梢灾涞幕Y源 的極限大約為 1180~1510 億噸，自 1995 年世界石油的開采量 億噸計(jì)算， 石油儲 量大約在 2050 年左 右即將枯 竭；天 然氣儲