并網(wǎng)型風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的原理和組成(2)

并網(wǎng)型風(fēng)力發(fā)電機(jī)組由傳動(dòng)系統(tǒng)、偏航系統(tǒng)、液壓系統(tǒng)與制動(dòng)系統(tǒng)、發(fā)電機(jī)、控制與安全系統(tǒng)組成。

傳動(dòng)系統(tǒng)包括主軸、齒輪箱和聯(lián)軸節(jié)。輪轂與主軸固定連接，將風(fēng)輪的扭矩傳遞給齒輪箱。有的風(fēng)力發(fā)電機(jī)組將主軸與齒輪箱的輸入軸合為一體。大型風(fēng)力發(fā)電機(jī)組風(fēng)輪的轉(zhuǎn)速一般在10－30r／min范圍內(nèi)，通過齒輪箱增速到發(fā)電機(jī)的問步轉(zhuǎn)速1500r／min，（或1000r／min），經(jīng)高速軸、聯(lián)軸節(jié)驅(qū)動(dòng)發(fā)電機(jī)旋轉(zhuǎn)。

由于風(fēng)向經(jīng)常改變，如果風(fēng)輪掃掠面和風(fēng)向不垂直，則不但功率輸出減少，而且承受的載荷更加惡劣。偏航系統(tǒng)的功能就是跟蹤風(fēng)向的變化，驅(qū)動(dòng)機(jī)艙圍繞塔架中心線旋轉(zhuǎn)，使風(fēng)輪掃掠面與風(fēng)向保持垂直。風(fēng)向標(biāo)是偏航系統(tǒng)的傳感器，將風(fēng)向信號(hào)發(fā)給控制器，經(jīng)過與風(fēng)輪的方位進(jìn)行比較后，發(fā)出指令給偏航電動(dòng)機(jī)或液壓馬達(dá)，驅(qū)動(dòng)小齒輪沿著與塔架頂部固定的大齒圈移動(dòng)，經(jīng)過偏航軸承使機(jī)艙轉(zhuǎn)動(dòng)，直到風(fēng)輪對(duì)準(zhǔn)風(fēng)向后停止。機(jī)艙在反復(fù)調(diào)整方向的過程中，有可能發(fā)生沿著同一方向累計(jì)轉(zhuǎn)了許多圈，造成機(jī)艙與塔底之間的電纜扭絞，因此偏航系統(tǒng)應(yīng)具備解纜功能，機(jī)艙沿著同一方向累計(jì)轉(zhuǎn)了若干圈后，必須反向回轉(zhuǎn)，直到扭絞的電纜松開。偏航軸承分為滑動(dòng)型和滾動(dòng)型，有的具備自鎖功能，有的設(shè)置強(qiáng)制制動(dòng)，都應(yīng)設(shè)置阻尼滿足機(jī)艙轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)平穩(wěn)不發(fā)生振動(dòng)的要求。

液壓系統(tǒng)主要是為油缸和制動(dòng)器提供必要的驅(qū)動(dòng)壓力，有的強(qiáng)制潤(rùn)滑型齒輪箱亦需要液壓系統(tǒng)供油。油缸主要是用于驅(qū)動(dòng)定槳距風(fēng)輪的葉尖制動(dòng)裝置或變槳距風(fēng)輪的變距機(jī)構(gòu)。液壓站由電動(dòng)機(jī)、油泵、油箱、過濾器、管路及各種液壓閥等組成。

制動(dòng)系統(tǒng)主要分為空氣動(dòng)力制動(dòng)和機(jī)械制動(dòng)兩部分，有的風(fēng)力發(fā)電機(jī)組只有機(jī)械制動(dòng)。定槳距風(fēng)輪的葉尖擾流器旋轉(zhuǎn)約90°，或變槳距風(fēng)輪處于順槳位置均利用空氣阻力使風(fēng)輪減速或停止，屬于空氣動(dòng)力制動(dòng)。在主軸或齒輪箱的高速輸出軸上設(shè)置的盤式制動(dòng)器，屬于機(jī)械制動(dòng)。通常在運(yùn)行時(shí)要讓機(jī)組停機(jī)，首先采用空氣制動(dòng)，使風(fēng)輪減速，再采用機(jī)械制動(dòng)使使風(fēng)輪停轉(zhuǎn)。

發(fā)電機(jī)將風(fēng)輪的機(jī)械能轉(zhuǎn)換為電能，分為異步發(fā)電機(jī)和同步發(fā)電機(jī)兩種。異步發(fā)電機(jī)的轉(zhuǎn)速取決于電網(wǎng)的頻率，只能在同步轉(zhuǎn)速附近很小的范圍內(nèi)變化。當(dāng)風(fēng)速增加使齒輪箱高速輸出軸轉(zhuǎn)速達(dá)到異步發(fā)電機(jī)同步轉(zhuǎn)速時(shí)，機(jī)組并入電網(wǎng)，向電網(wǎng)送電。風(fēng)速繼續(xù)增加，發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)速也略為升高，增加輸出功率。達(dá)到額定風(fēng)速后，由于風(fēng)輪的調(diào)節(jié)，穩(wěn)定在額定功率不再增加。反之風(fēng)速減小，發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)速低于同步轉(zhuǎn)速時(shí)，則從電網(wǎng)吸收電能，處于電動(dòng)機(jī)狀態(tài)，經(jīng)過適當(dāng)延時(shí)后應(yīng)脫開電網(wǎng)。有的風(fēng)力發(fā)電機(jī)組為了充分利用低風(fēng)速時(shí)的風(fēng)能，降低風(fēng)輪轉(zhuǎn)速，采用了可變極數(shù)的異步發(fā)電機(jī)，如從4極1500r／min變?yōu)?極1000r／min，但是這種發(fā)電機(jī)仍然可以看作是基本上恒定轉(zhuǎn)速的。普通異步發(fā)電機(jī)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，可以直接并入電網(wǎng)，無需同步調(diào)節(jié)裝置，缺點(diǎn)是風(fēng)輪轉(zhuǎn)速固定后效率較低，而且在交變的風(fēng)速作用下，承受較大的載荷。為了克服這些不足之處，相繼開發(fā)出了高滑差異步發(fā)電機(jī)和變轉(zhuǎn)速雙饋異步發(fā)電機(jī)。