【正文】 ? 為槳距角， ? 為相對風速， ? 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 )不大于 50kg，有專用的控制柜，重復定位精度：小于 ? ；作動筒活塞桿位移從 (0~180)mm，響應時間： 。為了提高風功率的吸收率，需要變槳距調節(jié)。 their owncdsvlpa,mxukgf.()ybTqCzjSAX 圖 41 變槳距系統(tǒng)硬件框圖 變槳距調節(jié)原理 風流經風輪轉子時，風力機風輪轉子轉速 2312 PC R vPTT??? ? ? （ 1） 式中，風輪轉矩 T 是由負載決定的， R 為風輪半徑， ? 為空氣密度。所有機艙的信號，如電源線、 Canopen 總線、安全鏈信號等，都從機艙經過滑環(huán)進入輪轂內的變槳控制柜內，實現(xiàn)機艙與輪轂動力和信號的傳輸。液壓執(zhí)行機構以其響應頻率快、轉矩大、便于集中布置等優(yōu)點占有主要的地位，總的來說其技術已較成熟，但由于其液壓驅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 風電技術的不斷成熟，變距控制型風電機組以其優(yōu)越的性能越來越受到人們的青睞。 小結 風電機組的設計在不同條件下對它的設計要求是不同的，本章詳細的介紹 了在設計風電機組時可能遇到的情況以及如何設計。 研制的樣機通常 需要一段時間的實際運行，參照有關的產品認證標準進行必要的測試。因此，需要詳細分析主要零部件在風電機組壽命期內的循環(huán)應力值和循環(huán)次數(shù)。 2）構件剛度分析 構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）設計準則 風電機組的零部件很多，相應的結構設計應根據(jù)具體的設計要求，參照合理的設計準則進行詳細的設計與校核。對重要承載零部件，總體設計中還應規(guī)定合理的使用壽命等技術指標。此種量化指標屬于廣義可靠性范疇，因其同時包括了風電機組可靠性和可維修性等方面的內容。 3）穩(wěn)定性 風電機組載荷存在復雜的耦合關系，可能會導致各種動力穩(wěn)定性問題的產生。同時，葉片等構件的動負載將合成為風輪的動負載，也是風電機組振動的主要振源。 （ 2）風電機組結構動力學分析 在初步完成風電機組總體設計的基礎上，需要進一步對風電機組動特性進行詳細的分析。 7）配套附件 選擇和確定整機配套附件和備件等設備，對新研制的部件要確定技術要求和協(xié)作關系。 5）發(fā)電成本估算 是影響風電成本的關鍵因素。 4）載荷 分析與風電機組基本性能的預評估 在設計初期，必須對載荷作預評估，以準確確定風電機組的結構設計依據(jù)。 2 ）風電機組總體參數(shù)設計 蘭州交通大學畢業(yè)設計（論文） their owncdsvlpa,mxukgf.()ybTqCzjSAX21 風電機組氣動設計前須首先確定總體參數(shù)，如風輪運行參數(shù)、葉片參數(shù)、設計風速、尖速比、翼型分布及其氣動性能等，總體參數(shù)設計的基本要求是發(fā)電成 本最低、機組載荷最小 ， 發(fā)電量多且滿足電源品質要求。 由于風電機組由多個功能子系統(tǒng)組成 ， 機組總體設計與各部件或子系統(tǒng)的功能設計密切相 關 ， 以針對風輪部件的總體設計為例 ， 就包括了葉片參數(shù) 、 氣動性能 、 結構強度 、 制造工藝與成本等多方面的設計內容，而這些設計目標很難同時達到，需要權衡各方的比重，選擇優(yōu)化的方案。近海風力發(fā)電機組的運行環(huán)境（如風況、波浪和鹽霧等 ） 、安裝條件等與陸上有很大差別，基礎和運輸方式需要重點考慮。 3． 1 確定設計目標 與所有大型裝備的設計相似，首先需要明確所設計風電機組的設計目標。 實際上，在風電機組中，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，也需要改變葉片的槳距 角。在出現(xiàn)惡劣的外部環(huán)境和機組零部件突然失效時應該緊急停機。 對于并網(wǎng)型風電機組，發(fā)電系統(tǒng)輸出的電流經過變壓器升壓后，即可輸入電網(wǎng)。主傳動系統(tǒng)可能使轉矩和轉速發(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)的輸出轉矩，單位為 N 電網(wǎng) 風 M1 ?1 M2 ?2 P3 變壓器 轉速測量 風力發(fā)電機 調速 風速、風向 功率測量 圖 22 風電機組的工作原理 1． 能量流 當風以一定的速度吹向風力發(fā)電機時，在風輪上產生的力矩驅動風輪轉動。 2． 2 風電機組的工作原理 在風力發(fā)電機組中，存在著兩種物質流。并網(wǎng)風電機組發(fā)電單元可采用異步發(fā)電機或同步發(fā)電機，將風輪產生的旋轉機械能轉換為電能 。該單元一般包括與風輪輪轂相連接的主軸、傳動和制動機構等。 圖 21 風力發(fā)電系統(tǒng)的基本功能構成 （ 1） 一次能源轉換單元 風能是風力發(fā)電的一次能源，相應的能量轉換單元是風電機組的核心部分，包括風輪、功率控制（調速）等部件。為了可持續(xù)發(fā)展，我國的風電發(fā)展產業(yè)需要借鑒其他產業(yè)的經驗教訓，要重質量，講效益，走集約發(fā)展路線，創(chuàng)造和諧發(fā)展藍圖。我國的風電機組在電網(wǎng)電壓跌落情況下，也必須采取相應的應對措施，確保風電系統(tǒng)的安全運行并實現(xiàn) LVRT功能。 1． 4． 12 低電壓穿越技術得到應用 隨著風電機組單機容量的不斷增大和風電場規(guī)模的不斷擴大，風電機組與電網(wǎng)間的相互影響已日趨嚴重。國外還對風電機組和風電場的短期及長期發(fā)電量預測做了很多研究，取得了重大進步，預測精確度可達 90％以上。一旦這種紗絲鋪進模具，加熱模具到一定溫度后，塑料 就會融化，并將紗絲轉化為合成材料，這可能會使葉片生產時間縮短 50%。例如德國Enercon 公司的 E126 6MW 風電機組的葉片由內、外兩段葉片組成，靠近葉根的內段由鋼制造，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備將被開發(fā)出來并安裝在風電機組上，以便在葉片結構中的裂紋發(fā)展成致命損壞之前或風電機組整機損壞之前警示操作者。 1． 4． 8 智能化控制技術的應用加速提高了風電機組的可靠性和壽命 鑒于風電機組的極限載荷和疲勞載荷是影響風電機組及部件可靠性和壽命的主要因素之一，近年來，風電機組制造廠家與有關研究部門積極研究風電機組的最優(yōu)運行和控制規(guī)律，通過采用智能化控制技術，與整機設計技術結合，努力減少和 their owncdsvlpa,mxukgf.()ybTqCzjSAX避免風電機組運行在極限載荷和疲勞載荷，并逐步成為風電控制技術的主要發(fā)展方向。 我國在大型風電機組關鍵部件方面也取得明顯進步，如南京高速齒輪箱廠、重慶齒輪箱 廠、大重減速機廠、杭州前進齒輪箱廠和德陽二重等主要齒輪箱制造企業(yè)生產的大型風電機組齒輪箱，供貨能力充足，質量已有明顯提高；保定惠騰、連云港中復連眾和中材科技已能生產長達 ，與 3 兆瓦風電機組配套的大尺寸葉片，蘭州電機廠生產的發(fā)電機等產品質量都有很大提高。與此同時，半直驅式風電機組也開始出現(xiàn)在世界風電市場上。 伴隨著直驅式風電系統(tǒng)的出現(xiàn)，全功率變流技術得到了發(fā)展和應用。 金風科技在 2021 年是我國風電市場的第二大供應商。西門子 公司已經在丹麥的西部安裝了兩臺 3GMW 的直驅式風電機組，這兩臺風力機正處于試運行階段。 2021 年我國新增風 電機組中，雙饋異步發(fā)電型變速風電機組仍然占 82％以上。德國 Repower 公司利用該技術開發(fā)的機組單機容量已經達到 5MW。 2021 年，在全球所安裝的風電機組中有95％的風電機組采用了變槳變速方式，而且比例還在逐漸上升。我國華銳風電的 3MW 海上風電機組已經在上海東海大橋海上風電場成功投入運行， 5MW 海上風電機組已在 2021 年 10 月底下線。 1． 4． 3 風電機組單機容量持續(xù)增大 近年來，世界風電市場中風電機組的單機容量持續(xù)增大，隨著單機容量不斷增大和利用效率提高，世界上主流機型已經從 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；金風科技收購了德國 Vensys 公司；湘電股份1000 萬歐元收購荷蘭達爾文公司；中復連眾收購了德國 NOI 公司；中航惠騰 2021年收購了荷蘭 CTC 葉片公司；美國 GE 公司與哈電集團合資成立了通用哈電風能（沈陽）公司和哈電通用風能（江蘇）公司。 1． 4 國內外風電機組發(fā)展趨勢 縱觀世界風電產業(yè)技術現(xiàn)實和前沿技術的發(fā)展，目前全球風電制造技術發(fā)展主要呈現(xiàn)如下特點： 1． 4． 1 產業(yè)集中是總的趁勢 2021 年，世界排名前十位的風電機組制造企業(yè)占據(jù)了全球 ％的市場份額，世界排名前十五位的風電機組制造企業(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、中國金風這前 5 家企業(yè)，就占蘭州交通大學畢業(yè)設計（論文） their owncdsvlpa,mxukgf.()ybTqCzjSAX11 據(jù)了國內外 ％市場 份領。 風電技術研發(fā) “九五”和“ 十五”期間，我國政府組織實施“乘風計劃”和“國家科技攻關計劃”，以及國債項目和風電特許權項目，支持建立了首批 6 家風電整機企業(yè)，進行風電技術的引進和消化吸收，部分企業(yè)掌握了單機容量 600kW 和 750 kW 定槳距風電機組的總裝技術和關鍵部件設計制造技術，實現(xiàn)了規(guī)?；a，邁出了產業(yè)化發(fā)展的第一步。 風電設備制造能力 風電設備制造業(yè)發(fā)展迅猛。當年裝機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電市場之一。 1． 3． 2 我國風電 裝機容量 2021 年年底，全國的風力發(fā)電裝機容量約為 764MW。 h，分別占屆時歐盟風電裝機容量和發(fā)電量的 35%和 20%。風電在歐美發(fā)達國家已經逐步成為重要的替代能源。在歐盟 2021 年新增發(fā)電裝機容量中，風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 年全球新裝機容量超過 27GW，同比增長 42%，風電裝機增長率為 29%，高于過去 5 年的平均增長速度。 裝機容量高速增長 根據(jù)全球風能協(xié)會公布的 2021~2021 年統(tǒng)計數(shù)據(jù)，全球風電平均增長率為蘭州交通大學畢業(yè)設計（論文） their owncdsvlpa,mxukgf.()ybTqCzjSAX9 %。 20 世紀 80 年代中期以后，我國先后從丹麥、比利時、瑞典、美國、德國引進一批中、大型風電機組，在新疆、內蒙古的風口及山東、浙江、福建、廣東的島嶼建立了 8 座示范性風電場。在 20 世紀 70 年代中期以后，我國將風能開發(fā)利用列入“六五”國家重點項目，得到迅速發(fā)展。不過，當時的發(fā)電量較低，大都在 5kW 以下。隨著煤、石油、天然氣的大規(guī)模開采和廉價電力的獲得，由于成本高、效率低、使用不方便等，風力發(fā)電機械無法與蒸汽機、內燃機和電動機等競爭而逐漸被淘汰。在蒸汽機發(fā)明以前，風能曾經作為重要的動力，用于船舶航行、提水飲用和灌溉、排水造田、磨面和鋸木等。全球的風能總量約為 106GW，其中可利用的風能總量為 104GW，比地球上可開發(fā)利用的水能總量還要大 10 倍。 全球市場對于風這樣的零排放技術有著巨大且持續(xù)增長的需求。綠色電力來源于風能、小水電 、太陽能、地熱、生物質和其他可再生能源。 1． 2． 3 可再生能源開發(fā)利用 目前，如何解決能源危機及其引起的環(huán)境危機成為全球經濟可持續(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等溫室氣體效應造成的。燃燒不斷產生 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 億噸計算， 石油儲 量大約在 2050 年左 右即將枯 竭；天 然氣儲