风电机组结构概述风力发电技术发展很快,本人不揣浅陋,在此对风力发电机组的结构略作概述。风力发电机组的机械件是指机组在各种允许的状态下,始终不带电的零部件。相应地,风力发电机组中,在各种允许的状态下,有可能带电的零部件,称为电气件。下面首先介绍风力发电机组的机械结构,然后介绍机组的电气结构。一、机械结构所有的机械件构成整个风力发电机组的机械结构。从外观结构上,可以将风电机组划分为以下八个系统:(一)转子又叫叶轮、风轮,包括三个叶片和轮毂,及相应的附件。(二)传动系统包括主轴、齿轮箱、联轴器三个部分。主轴是指叶轮与发电机或者齿轮箱之间的连接部分,起支撑叶轮和传动风转矩的作用;齿轮箱也叫增速齿轮箱,起到增速作用;联轴器是连接传动轴(drivingshaft,指齿轮箱高速轴)和非传动轴(drivenshaft,指发电机前轴)的弹性部件。对于直驱型机组,其传动系统由较大区别。,传动系统比较特殊,没有齿轮箱、联轴器、主轴等部件,叶轮直接与发电机外转子(永磁体)相连接。(三)发电机发电机是风力发电机组最重要的设备之一,是机电一体化的产物。从机械角度看,发电机的安装、对中、减震等都很重要。(四)液压系统在风力发电机组中,液压系统是机组重要的执行系统,从液压系统的组成上来说,它最重要的包含动力元件——液压泵、执行元件——液压缸和液压马达、控制元件——各种控制阀、辅助元件——蓄能器和油箱等;从液压的应用上来说,液压系统最重要的包含高速轴(或低速轴)机械刹车、液压变桨、叶尖扰流器控制、偏航阻尼控制等四个方面。(五)偏航系统偏航系统的机械部件最重要的包含:偏航电机、偏航减速器、偏航驱动齿轮、偏航轴承、偏航卡钳。其中偏航卡钳分为机械式偏航卡钳和液压式偏航卡两种,偏航轴承分为滑动轴承和滚动轴承两种。(六)支撑系统机组的主要支撑件构成机组的支撑系统,最重要的包含机舱架(机架)、塔架与基础三大部分。(七)电气柜体电气柜体主要包含了机组的电气控制部件,从机械角度来看,电气柜体的布置、固定也很重要。(八)其它附件除了上述七大件之外的别的部分,称为附件。如机舱罩、爬梯、助爬器、塔底支架等附属设备。以上八个系统的主要机械件包括:叶片、轮毂、变桨机构与变桨轴承、主轴与主轴承、齿轮箱、联轴器、机械刹车、偏航机构与偏航轴承、液压站结构、机组润滑装置、机舱架、机舱罩、塔架、基础等十四个部分。二、电气结构如果说机械件是支撑起整个风力发电机组的筋骨,那么电气件就组成了整个机组的血液和神经系统。各个电气部件通过有机组合,构成整个机组的电气和控制管理系统,简称电控系统。风力发电机组的电气件分散于机组的每个部分,从位置上来看,电气件主要分散于以下三个地方:(1)塔底:即塔筒内的底部,一般设置有支撑架,称之为塔底支架,塔底支架用于放置各种电气柜和设备;(2)机舱:即塔筒顶部机舱罩包围的部分;(3)轮毂:即连接三个叶片和主轴的部件,对于电动变桨型机组的轮毂,其中包含了用于变桨控制的各种电气件。用于控制风力发电机组各处执行机构的接触器、断路器、熔断器、避雷器、继电器、电源模块,以及各个地方的供配电设备,一般都集中安装在电气柜内,风力发电机组的电气柜最重要的包含:顶部控制柜、底部控制柜、变频柜、同步开关柜、各种配电柜、变桨内电气柜等,但是并非所有机组都含有以上柜体。尽管各种机组的电控系统模块设计差别很大,但是根据功能的不同,可以将当前主流机型的整个电控系统区别划分为变桨系统、变速(变频)系统、主控系统、接地系统与防雷保护四个部分。(一)变桨系统变桨系统(PitchSystem),也即机组的变桨控制管理系统,是指变桨型机组在运行过程中,通过改变叶片桨距角来进行功率调节的机组控制子系统。变桨系统分为液压变桨和电动变桨两种,这里的变桨主要指电动变桨这种形式,而对于液压变桨,我们将它划归在主控部分的液压系统中。对于电动变桨系统,一般在轮毂中设置变桨电气柜来控制叶片的变桨动作,并检测叶片角度及其它参数,通过穿过中空的主轴的电缆(主轴电缆)来实现轮毂与机舱控制柜之间的能量和信息传递。为便于叙述,我们称穿过主轴中心孔的电缆为主轴电缆,主轴电缆一般包含三相400VAC供电电缆、24VDC供电与信号电缆、通信电缆等。而轮毂中的变桨电气柜一般为七柜式:三个轴柜,分别负责三个叶片的变桨电机的控制,主要包含三个变桨电机和电磁刹车的驱动装置;三个电池柜,包含有三个叶片在紧急状况下的顺桨供电电池;一个变桨主控柜,负责向三个轴柜和三个电池柜供电,并收集三个叶片的相关信息。或者为四柜式:将轴柜与电池柜合并为一个柜子。(二)变速(变频)系统对于目前几乎的所有变速型机组,无论是双馈型、半直驱型,还是直驱型机组,都毫不例外地使用了变频器(FrequencyConverter),因此在现在以及将来的一段时间内,变频器必将作为风力发电