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風(fēng)水力發(fā)電

編碼器在風(fēng)電行業(yè)中的應(yīng)用原理

星之球激光 來源:上海鼎曦自動(dòng)化科技有限2012-08-20 我要評論(0 )   

一、引言 隨著煤炭、石油等常規(guī)能源的逐漸枯竭,人類越來越重視對新能源(非常規(guī)能源)的開發(fā)利用。新能源是指傳統(tǒng)能源之外的各種能源形式,如太陽能、地?zé)崮?、風(fēng)能、海...

 

一、引言

 

  隨著煤炭、石油等常規(guī)能源的逐漸枯竭,人類越來越重視對新能源(非常規(guī)能源)的開發(fā)利用。新能源是指傳統(tǒng)能源之外的各種能源形式,如太陽能、地?zé)崮?、風(fēng)能、海洋能、生物質(zhì)能和核聚變能等。其中風(fēng)能以其獨(dú)特優(yōu)勢而備受青睞。相對其他新能源相比,風(fēng)能具有三大優(yōu)勢:第一,儲(chǔ)量大、分布廣;第二,可利用性強(qiáng),成本相對較低;第三,綠色能源,不污染環(huán)境。

 

  作為一種利用風(fēng)能的清潔能源,風(fēng)電在環(huán)境保護(hù)日益重要的今天,發(fā)揮著越來越重要的作用。近年來,全球風(fēng)能市場每年以超過40%的速度快速發(fā)展,而中國也憑借豐富的風(fēng)場資源和政府對新能源開發(fā)的大力支持,成為繼歐美之后全球最重要的風(fēng)能市場,這給中國風(fēng)能裝備制造業(yè)帶來了發(fā)展機(jī)遇。我國風(fēng)能資源豐富,理論儲(chǔ)量為16億千瓦,實(shí)際可利用量達(dá) 2.5億千瓦,具有極大的發(fā)展?jié)摿?。同時(shí)在國家的新能源發(fā)展規(guī)劃中,將風(fēng)力發(fā)電作為重點(diǎn)扶持行業(yè),使我國風(fēng)電行業(yè)擁有了更廣闊的發(fā)展前景。

 

  因此風(fēng)電這幾年一直保持著成倍增長,2008年風(fēng)電機(jī)組增長率受到GDP影響,但也超過了80%,國產(chǎn)化的比率已經(jīng)超過70%。風(fēng)能產(chǎn)業(yè)要想健康持續(xù)的增長,就要完成產(chǎn)業(yè)體系的建設(shè),產(chǎn)業(yè)鏈的建設(shè)。宜科公司抓住了機(jī)遇,適時(shí)開發(fā)出了順應(yīng)需求的產(chǎn)品路線和解決方案,并被成功應(yīng)用于多個(gè)風(fēng)電場中。

 

  二、水平軸風(fēng)力渦輪機(jī)組成

 

  基于對風(fēng)能的更高效率采集及利用,目前風(fēng)電行業(yè)主要采用水平軸風(fēng)力渦輪機(jī),其組成如下示:

 

  轉(zhuǎn)子葉片:捕獲風(fēng)能并將其轉(zhuǎn)換為轉(zhuǎn)軸的轉(zhuǎn)動(dòng)能;

 

  轉(zhuǎn)軸:將轉(zhuǎn)動(dòng)能轉(zhuǎn)化為發(fā)電機(jī)的動(dòng)能;

 

  變速箱:用于增加轉(zhuǎn)子中心和發(fā)電機(jī)之間的轉(zhuǎn)軸速度;

 

  發(fā)電機(jī):利用轉(zhuǎn)軸的轉(zhuǎn)動(dòng)能,通過電磁原理發(fā)電;

 

  偏航控制器(未顯示):移動(dòng)轉(zhuǎn)子使其與風(fēng)向保持一致;

 

  制動(dòng)裝置:在出現(xiàn)電力超載或系統(tǒng)故障時(shí)停止轉(zhuǎn)軸旋轉(zhuǎn);

 

  塔架:支撐轉(zhuǎn)子和發(fā)動(dòng)機(jī)箱,并將整個(gè)裝置位置提升;

 

  三、風(fēng)力發(fā)電的控制系統(tǒng)

 

  風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)作為風(fēng)能發(fā)電領(lǐng)域的核心環(huán)節(jié),其技術(shù)革新至關(guān)重要。目前主要采用恒速恒頻和變速恒頻風(fēng)力發(fā)電機(jī)系統(tǒng)兩大類。在風(fēng)力發(fā)電中,當(dāng)風(fēng)力發(fā)電機(jī)組與電網(wǎng)并網(wǎng)時(shí),要求風(fēng)電的頻率與電網(wǎng)的頻率保持一致,即恒頻。恒速恒頻即在風(fēng)力發(fā)電過程中,保持風(fēng)車的轉(zhuǎn)速(也即發(fā)電機(jī)的轉(zhuǎn)速)不變,從而得到恒頻的電能。在風(fēng)力發(fā)電過程中讓風(fēng)車的轉(zhuǎn)速隨風(fēng)速而變化,而通過其它控制方式來得到恒頻電能的方法稱為變速恒頻。

 

  由于風(fēng)能與風(fēng)速的三次方成正比,當(dāng)風(fēng)速在一定范圍變化時(shí),如果允許風(fēng)車做變速運(yùn)動(dòng),則能達(dá)到更好利用風(fēng)能的目的。風(fēng)車將風(fēng)能轉(zhuǎn)換成機(jī)械能的效率可用輸出功率系數(shù)CP來表示,CP在某一確定的風(fēng)輪周速比λ(槳葉尖速度與風(fēng)速之比)下達(dá)到最大值。恒速恒頻機(jī)組的風(fēng)車轉(zhuǎn)速保持不變,而風(fēng)速又經(jīng)常在變化,顯然CP不可能保持在最佳值。變速恒頻機(jī)組的特點(diǎn)是風(fēng)車和發(fā)電機(jī)的轉(zhuǎn)速可在很大范圍內(nèi)變化而不影響輸出電能的頻率。由于風(fēng)車的轉(zhuǎn)速可變,可以通過適當(dāng)?shù)目刂?,使風(fēng)車的周速比處于或接近最佳值,從而最大限度地利用風(fēng)能發(fā)電。因此變速恒頻風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)以其風(fēng)能利用系數(shù)高,能吸收由風(fēng)速突變所產(chǎn)生的能量波動(dòng)以避免主軸及傳動(dòng)機(jī)構(gòu)承受過大的扭矩和應(yīng)力,以及可以改善系統(tǒng)的功率因數(shù)等突出優(yōu)勢,在風(fēng)力發(fā)電行業(yè)越來越受歡迎。

 

變速恒頻控制的功能是保證上網(wǎng)電能的質(zhì)量,因此必須對發(fā)電機(jī)的轉(zhuǎn)速進(jìn)行測量并反饋到控制器,實(shí)現(xiàn)閉環(huán)控制。目前對發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)速的檢測主要采用旋轉(zhuǎn)編碼器。同時(shí)由于發(fā)電機(jī)的功率大,會(huì)產(chǎn)生軸電流,如果編碼器與發(fā)電機(jī)不絕緣,則軸電流會(huì)被引入編碼器,進(jìn)而損壞編碼器。EV88P系列編碼器采用獨(dú)特的機(jī)械設(shè)計(jì)理念,確保產(chǎn)品的抗振動(dòng)抗沖擊性能,采用歐洲先進(jìn)的電氣設(shè)計(jì)技術(shù),確保產(chǎn)品在-40~85℃的溫度條件下可靠輸出,同時(shí)采用先進(jìn)的絕緣處理技術(shù),有效防止軸電流對編碼器的損壞。

 

  四、風(fēng)力發(fā)電的變槳距控制系統(tǒng)

 

  在風(fēng)電技術(shù)發(fā)展方面,風(fēng)力發(fā)電機(jī)單機(jī)容量朝著大型化發(fā)展,兆瓦級風(fēng)力機(jī)已經(jīng)成為風(fēng)力發(fā)電市場的主流產(chǎn)品。目前大型風(fēng)力發(fā)電機(jī)組普遍采用變槳距控制技術(shù)。變槳距控制是通過沿槳葉的縱軸控制葉片旋轉(zhuǎn),依據(jù)風(fēng)速的變化隨時(shí)調(diào)節(jié)槳距角,控制風(fēng)輪的能量吸收,保持一定的輸出功率。變槳距控制的優(yōu)點(diǎn)是能夠確保高風(fēng)速段的額定功率,額定功率點(diǎn)以上輸出平穩(wěn)、在額定點(diǎn)具有較高的風(fēng)能利用系數(shù)、提高風(fēng)力機(jī)組起動(dòng)性能與制動(dòng)性能、提高風(fēng)機(jī)的整體柔性度、減小整機(jī)和槳葉的受力狀況。在并網(wǎng)過程中,變槳距控制還可實(shí)現(xiàn)快速無沖擊并網(wǎng)。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(gè)風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)的發(fā)電效率和電能質(zhì)量。

 

變槳距控制系統(tǒng)的執(zhí)行機(jī)構(gòu)主要有兩種,液壓變槳距執(zhí)行機(jī)構(gòu)和電動(dòng)變槳距執(zhí)行機(jī)構(gòu)。其中,電機(jī)變槳執(zhí)行機(jī)構(gòu)是利用電機(jī)對槳葉進(jìn)行控制,結(jié)構(gòu)緊湊、控制靈活、動(dòng)作可靠,不存在液壓執(zhí)行機(jī)構(gòu)中的非線性、漏油、卡塞等現(xiàn)象。電機(jī)變槳距控制機(jī)構(gòu)可對每個(gè)槳葉采用一個(gè)伺服電機(jī)進(jìn)行單獨(dú)調(diào)節(jié)。伺服電機(jī)通過主動(dòng)齒輪與槳葉輪轂內(nèi)齒圈相嚙合,直接對槳葉的槳距角進(jìn)行控制。旋轉(zhuǎn)編碼器將槳距角的變化反饋給控制器,進(jìn)而對電機(jī)進(jìn)行閉環(huán)PID負(fù)反饋控制。

 

  五、結(jié)束語

 

  風(fēng)力發(fā)電技術(shù)已日趨成熟,在可再生的綠色能源的開發(fā)領(lǐng)域中占有突出的地位,具有重要的開發(fā)利用價(jià)值。尤其是在偏遠(yuǎn)的山區(qū)、牧區(qū)和海島等地區(qū),風(fēng)力發(fā)電可為當(dāng)?shù)鼐用竦纳詈蜕a(chǎn)提供潔凈的能源,緩解能源供應(yīng)緊張的局面。

 

  以往投資商和運(yùn)營商更多關(guān)注的是購買產(chǎn)品的價(jià)格,而在整個(gè)壽命周期里邊,維護(hù)成本占40%到70%,主要取決于產(chǎn)品質(zhì)量。越來越多的風(fēng)電用戶將關(guān)注的重心轉(zhuǎn)移到如何提高產(chǎn)品質(zhì)量,增強(qiáng)可靠性,同時(shí)降低維護(hù)成本。宜科這樣擁有濃厚的技術(shù)積淀和優(yōu)秀產(chǎn)品質(zhì)量的公司,能夠使得中國的風(fēng)電產(chǎn)業(yè)鏈更加充實(shí)和完善,幫助風(fēng)電設(shè)備制造廠商們提升產(chǎn)品質(zhì)量,并將維護(hù)成本減到最少。

 

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