第一节风电机组结构依据最大抗风才干和作业环境的恶劣程度，按强度改动的程度对风电机组进行分级。依据IEC61400规划标准，共分为4一类风场I：参阅风速为50ms，年均匀风速为10ms，50年一遇极限风速为二类风场II：参阅风速为425ms，年均匀风速为85ms，50年一遇极限风三类风场III：参阅风速为375ms，年均匀风速为75ms，50年一遇极限10风速为525ms，一年一遇极限风速为394ms；11四类风场IV：低于三类风场风速，属低风速区，鲜有商业风电场开发。12对电网的要求：电压动摇为额外值10%，频率动摇为额外值5%。132．机械结构141521全体描绘16整机是建立在钢结构底座上，该结构应具有很大的强韧度，底部由巩固底法17兰组成，风电机组一切的首要部件都衔接于其上。18发电机固定方位与机舱轴线违背,以使得风电机组在满载作业时，整机质心与19塔架和根底中心相共同。20偏航组织直接设备在机舱底部，机舱经过偏航轴承与偏航组织衔接，并设备21在塔架上，整个机舱底部对叶轮转子到塔架形成的动力负载和疲惫负荷有很强22的吸收效果。23机舱座上掩盖有机舱罩，资料是玻璃钢，具有轻质高强的特色，有效地密封，24以避免外界腐蚀，如雨、湿润、盐雾、风砂等。产品出产选用多种工艺，包含：25滚涂、轻质RTM、真空灌注等，机舱罩主体部分设置PVC泡沫夹层，以添加强度。26内层设置消音海绵，以下降主机噪声。27机舱上设备有散热器，用于齿轮箱和发电机的冷却；一起，在机舱内还设备28有加热器，使得风电机组在冬天冰冷的环境下，机舱内保持在10以上的温度。2922载荷状况30发动：从任一中止方位或空转状况到发电过渡期间，对风电机组产生的载31发电：风电机组处于作业状况，有电负荷。33正常关机：从发电工况到中止或空转状况的正常过渡期间，对风电机34组产生的载荷。紧迫关机：突发事件（如毛病、电网动摇等），引起35的停机。36停机：停机后的风电机组叶轮处于中止状况，选用极点风况对其进行37规划。38运送设备维护：全体设备结构便于运送，设备、维护易于施行。3923叶片40叶片根部是一个法兰，与反转轴承衔接，完成变桨进程。叶尖配有防雷电系41424324变桨轴承组织44现在，国际上常见的有两种类型，一种是液压驱动联杆组织，推进轴承，实45现变桨；一种是电机经减速驱动轴承，完成变桨；因为高压油的传递需求经过46中止部件向旋转部件（轮毂）传递，难以很好地完成，易产生漏油；电信号的47传递较易完成，兆瓦级风电机组多选用电机驱动变桨。48出于安全考虑，装备蓄电池，避免电网忽然掉电或电信号忽然间断，使得风49电机组能够安全平稳地顺桨完成制动。50变桨组织组成：轴承，驱动设备（电机+减速器），蓄电池，逆变器，变桨速51度16秒左右。5225轮毂53轮毂为球铁件，直接设备在主轴上，叶根法兰有腰形空，用于在特定的风场54调整叶片初始设备角。5526主轴主轴承座轴承56主轴的效果在于将转子叶片上的旋转力矩传到齿轮箱上，主轴与齿轮箱的连57接大多选用胀紧式联轴器，这样可确保主轴与齿轮箱同心，在作业中免于维护。58主轴上巩固的三点悬挂支撑，能够很好地吸收弯矩，下降齿轮箱输入轴的径向59负载。60也有些风电机组选用双轴承的结构规划，意图在于削减因为风效果于叶片而61引起的轴向推力，以及消除风电机组作业时齿轮箱低速轴侧的俯仰力矩，改进62齿轮箱作业环境，避免近年来，世界范围呈现的齿轮箱行星轮系轴开裂问题。63两个主轴承选用双列向心推力滚子轴承，还能够吸收大部分的来自风轮的轴向64推力，然后，下降齿轮箱输入轴的轴向负载。6527齿轮箱66600kW以劣势电机组多为平行轴结构，大于600kW的风电机组根本是选用行67星轮结构或行星轮加平行轴结构。68齿轮箱体选用球铁铸造而成，齿轮箱的负荷及压力经过齿轮箱两边的支撑传69到塔架和根底，该支撑为强力橡胶结构，能够下降风电机组的噪音和轰动。70在齿轮箱后部的高速轴上设备有刹车盘，其衔接办法是选用胀紧式联轴器；71液压制动器经过螺栓紧固在齿轮箱体上；72齿轮箱高速轴经过柔性衔接与发电机轴衔接。7328发电机体系74发电机经过四个橡胶减震器与机舱底盘衔接，这种结构关于下降发电机噪音75有很强的消减效果；柔性联轴器衔接齿轮箱高速轴和发电机轴。76风电机组要求发电机在负荷相对较低的状况下，仍保持有较高的功率，因为77风电机组作业的绝大多数时刻都产生在较低风速下。78发电机体系组成：发电机、循环变流器、水循环设备（电机、水泵、水箱等）79或空冷设备。8029偏航体系81偏航体系要求简略而巩固，机舱的偏航是由电动偏航齿轮主动履行的，它是82依据风向仪供给的风向信号，由操控体系操控，经过驱、传动组织，完成风电83机组叶轮与风向保持共同，最大功率地吸收风能。84偏航时刻的长短，是由核算机操控的，一旦风向仪呈现毛病，主动偏航操作85将间断，仅能够从操控柜或机舱顶部操控盒上人工办法操作偏航。86内齿型反转支承结构，一切部件都置于内部，不会受雨水、砂尘影响，服务87和维护均可十分容易地进行，而不会受气候的影响。88偏航的操控：在风速低于3或35ms下，主动偏航不会作业，风电机组将不89会偏航到与风向共同。只要风速大于该值后，风电机组才主动扑捉风向，这样，90能够避免不必要的偏航和电能耗费。91现代风电机组多选用阻尼型偏航体系，偏航刹车体系现已很少运用了。92210机械制动液压体系高速轴93制动体系为毛病安全体系，要求动态液压确保风电机组制动为静态，当风94电机组的操控器发送停机指令或供电体系坠落，制动器液压站会当即卸压，使95风电机组停机。96变桨变速型风电机组的制动体系包含叶片变桨制动和高速轴机械制动，叶片97变桨制动是经过改动叶片功角，削减叶片升力，以到达下降叶片转速直至停机；98高速轴机械制动是经过刹车片与刹车盘间磨擦力，完成停机。在正常停机状况，99先发动叶片变桨制动，减速至必定转速或时刻后，机械制动动作，停机。紧迫100停机状况下，叶片变桨制动和高速轴机械制动一起动作，确保风电机组在短时101间内停机。102制动盘经过胀紧式联轴器与齿轮箱高速轴衔接，制动器设备在齿轮箱的箱体103或机舱底座上。104制动体系的刹车片一般带有温度传感器和磨损主动维护，别离供给刹车过热105和刹车片磨损维护。106211机舱底盘107机舱底盘用于支承塔架上一切的设备和隶属部件，因而，要求有满足的强度108和刚度。109风电机组底座是钢板焊接结构件或大型铸铁件，机舱壳体是选用玻璃钢制成，110也有选用铁皮铆接办法。111212齿轮箱发电机冷却体系112 为确保齿轮箱和发电机在正常的作业范围内作业，避免产生过热，需求循环 113 冷却设备。114 发电机水冷却体系：自发电机壳体水套，经水泵强制循环，经过蓄水箱后，115 回来发电机壳体水套。 116 冷却水：防冻液与蒸流水按必定份额混合，调整冰点应满 足当地最低气温的 117 要求。 118 齿轮箱油冷却体系：齿轮箱油自箱体底部油嘴，经油泵强制循环，经过过119 滤器、热交器冷却后，回来齿轮箱。 120 维护体系：齿轮箱油体系中，在过滤器上设有压力继电器，假如齿轮箱齿121 轮或轴承损坏，则产生的金属铁削会在油循环进程中，阻塞过滤器，当压力超 122 过设定值时，压力继电器动作，油便从旁路直接回来油箱，一起，电控体系报 123 警，提示作业人员停机查看。 124 125 213 126塔架是用钢板焊接成锥筒形，经过螺栓和法兰衔接塔筒的各部分。 127 塔架是支撑机舱的结构部件，接受来自风电机组各部件的一切载荷，不只要 128 有必定的高度，使风电机组处于较为抱负的方位上作业，并且还应有满足的强 129 度和刚度，以确保在极点风况下，不会使风电机组倾倒。 130 3．操控体系根本技能要求 131 31 操控体系的功用 132 操控体系运用 DSP 微处理机，在正常作业状况下，首要经过对作业进程中模 133 拟量和开关量的收集、传输、剖析，来操控风电机组的转速和功率； 134 如产生毛病能或其它异常状况能主动地检测并剖析确认原因，主动调整扫除135 毛病或进入维护状况。 136 32 操控体系的使命 137 操控体系首要使命便是能主动操控风电机组依照其特性作业，毛病的主动检 138 测并依据状况采纳相应的办法。 139 依据风电机组的结构载荷状况、风况、变桨变速风电机组的特色及其它外部 140 条件，将风电机组的作业状况首要分为以下几类：待机状况、发电状况、劲风 141 停机办法、毛病停机办法、人工停机办法和紧迫停机办法。 142 待机状况：143 风轮自在滚动，没有发电（风速为0－3ms），刹车开释；144 发电状况：145 发电状况：起动后，到额外风速前，刹车开释； 146 发电状况：额外风速到切出风速（风速12－25 ms），刹车开释； 147 毛病停机办法148 毛病停机办法划分为：可自发动毛病和不行自发动毛病。停机办法为正常刹 149 车程序：即先叶片顺桨，当发电机转速降至设定值后，起动机械刹车。 150 人工停机办法151 这一办法下的刹车为正常刹车，即先叶片顺桨，当发电机转速降至设定值后 152 起动机械刹车。这一停机办法不能自发动，需求人工发动。 153 紧迫停机办法154 紧迫停机办法适应于安全维护体系，安全维护体系包含：电网掉电、发电机155 超速、转子过速、机舱过振荡、紧迫按钮动作等。这种状况劣势电机组叶片顺 156 桨和机械刹车一起动作，这种状况需求人工进行康复。 157 158 159 10 第二节 风电场机组的选型问题 160 1．概述 161 风力发电机组是风电场的首要出产设备。关于一个风电场来说，风电机组选 162 择的正确与否直接影响到风电场的经济效益，其重要性显而易见。在经过选址、 163 测风、风电场项目确认之后，首要的问题便是风电机组的选型。而风电机组的 164 选型，一般要从风电机组的装机场所、安全等级、技能功用、经济效益等方面 165 考虑问题。 166 因为风电场的状况千变万化，风电机组的选型要依据详细状况，不能一概而 167 论，本文依据曩昔的作业经验，就一些考虑和剖析问题的办法加以评论，以供 168 处理详细问题时参阅。 169 2．风电机组的技能及功用 170 21 定桨距失速型风电机组 171 风力资源的特征能够用风速频率来描绘，即每一个特定风速在全年呈现的时 172 间的概率散布。以风速为横轴，概率为纵轴，可划出散布曲线 我国从前很多运用的风力发电机组都是定桨距型的，叶片装上今后不能动， 175 额外风速较高。这种风机的发电特性见图1。 176 11 177 定桨距风机的优缺陷如下： 178 长处：1 机械结构简略，易于制作； 179 ２、操控原理简略，易于施行； 180 ３、因为简略，不易出毛病。 181 缺陷：１、额外风速高，风轮转化功率低； 182 ２、转速安稳，机电转化功率低； 183 ３、叶片杂乱，分量大，制作较难，不宜作劲风机。 184 22 变桨距型风电机组 185 变桨距技能首要处理了风能转化功率低的问题。变桨距技能便是将风机叶片 186 做成可变桨距的，以使三个叶片跟着风速的改动而同步变距，一直保持最佳角 187 12 度，进步风轮转化功率。图2 比较了变桨距和定桨距风机的功率曲线 变桨距风机的优缺陷如下： 190 长处：１进步了风能转化功率, 更充分运用风能； 191 ２叶片相对简略，分量轻，利于造大型风机。 192 缺陷：１调桨组织杂乱，操控体系也较杂乱； 193 ２因杂乱而使呈现毛病的或许性添加； 194 23 变速型风电机组 195 变速恒频技能处理机电转化功率低的问题。变速恒频技能便是将风机的转速 196 13 做成可变的，并选用双馈式发电机，经过操控使发电机在任何转速下都一直工 197 作在最佳状况，机电转化功率到达最高，输出功率最大，而频率不变。变速恒 198 频风机的特性曲线 变桨变速风力发电机是将变桨和变速恒频技能一起应用于风力发电机，使其 201 风能转化功率和机电转化功率都一起得到进步的风力发电机。其特性曲线 变桨变速风力发电机的优缺陷如下： 205 长处：发电功率高,超出定桨距风机10%以上。 206 缺陷：机械、电气、操控部分都比较杂乱。 207 机组选型应考虑的问题208 一般状况下，挑选规划合理、发电功率高、质量安稳的风电机组，一起结合 209 考虑以下几点： 210 依据风况和安全要求，挑选运用机型；211 尽量选用较大机型，以削减风电机组的数量，然后削减土地面积的占用；212 近量挑选较高塔架，以尽或许的获取风能。但较高塔架的选用要遭到经济213 15 性和安全性的限制； 214 尽量选用变桨变速机型，以进步风能运用功率。变桨变速机型与失速型机215 组比较可进步 5-10 的发电量；216 结合考虑风电机组的报价，挑选性价比高的单位千瓦年发电量单位217 千瓦设备价 218 高输出电压的风电机组。风电机组的输出电压有400 伏、690 伏几种，更 219 大型、更先进的机组选用更高的输出电压。高电压输出能够下降线 价然后下降风电本钱； 221 特殊状况要求：222 环境温度＜－20，选用低温型风电机组；环境温度＞30，选用高温型风 223 电机组； 224 滨海和海岛区域，需重视防腐和绝缘功用； 225 在冬天有低温文高湿度一起呈现的区域如长江流域等，还需留意避免附冰； 226 北方风沙较大区域，重视防尘。 227 输和设备条件答应。在大型机组的运送、设备较为困难的区域，应考虑228 选用较小型的机组。 229 4．风电机组的安全性要求 230 风电机组要接受环境和电对它的影响，这些影响首要体现在载荷、运用寿命 231 和正常作业等几个方面。为确保必定的安全性和牢靠性水平，在规划中要考虑 232 到环境、电力和土壤参数等要素。 233 环境条件可进一步划分为风况和其他外部条件。电力的条件则可参照电网条 234 16 件。土壤特性关系到风电机组的根底规划。对结构全体而言，风况是最根本的 235 外部要素。其他环境条件对规划特性，比如操控体系功用、耐久性、腐蚀等有 236 影响。 237 风电机组等级取决于风速和湍流参数。表 规则了确认风电机组等级的根本238 参数。 239 各等级风电机组根本参数240 241 242 依照国标风力发电机组安全等级的要求，风电机组应规划成能安全接受由其 243 等级决议的风况。风电机组适用的风速，决不答应超越以下参数的限值，避免 244 产生安全隐患。 245 轮毂高度年均匀风速246 17 轮毂高度50年一遇10 分钟均匀最劲风速 247 轮毂高度风能密度248 风场紊流系数249 5．风电机组塔高的确认 250 51 风电机组发电量的改动 251 风力发电机组的发电功用首要由其功率曲线;Power curve来表征。这条曲线 对应每一个风速数据，有一个发电功率输出。这个风速数据代表的是轮毂高处 253 的风速数据。风电机组塔架高度的改动意味着轮毂高度的改动。以西班牙Gamesa 254 公司G80 风电机组为例，其塔架高度可认为67 米，也可认为78 米或许100 255因为在自然界中的风力存在着切变，越高的当地风力一般越大，均匀风速越高。 256 因而，选用塔架高的机组一般能够获得较高的年发电量。详细添加多少，每个 257 风电场资源特色和布机状况不同而有所不同，要经过详细剖析和核算才干作出 258 判别。 259 52 风电机组全体造价的改动 260 毫无疑问，风电机组塔架的高度与塔架的分量和造价相关。这儿要指出的是， 261 风电机组的塔架的增高一般是经过在底部添加一节塔体来完成，这节塔体一般 262 要求强度最大，因而直径较大，关于管状塔来说所要求的钢板也厚。这会大大 263 添加塔架的造价，然后添加了机组的全体造价。还以西班牙Gamesa 公司G80 264电机组为例，其 60 120吨，67 135吨，78 265100 28816 吨。按塔架现行造价14 万元吨计，三种塔架的造价别离 266 为168 万元，189 万元，266 万元和4032 万元，可见跟着塔高的添加，塔重和 267 造价敏捷添加。这将明显地添加机组的全体造价。 268 机组全体造价的添加带来的优点是添加了年发电量，然后带来了风电场收入 269 18 的添加。假如添加的收入能够补偿添加的投入并有盈余，添加塔高是合算的， 270 否则是不合算的。 271 在电价较高的状况下，进步风机塔架添加的发电量所带来的风电收入较为明 272 显，经济效益好，比较合算。 273 53 风电机组安全等级的改动 274 风电机组塔架的进步通常状况下会进步风电机组的发电量然后进步风电场的 275 经济效益，但进步了风电机组的塔架就进步了轮箍高度，轮箍高度处的风速也 276 产生相应改动，往往会进步，当风速的进步超越了风电机组的安全等级时，风 277 电机组就或许产生风险，这是不答应的。这时应该下降塔架的高度或改用安全 278 等级高的机组。相同又是为了获取大的发电量和洽的经济效益，也能够下降风 279 电机组的塔架高度，使风场等级下降以便选用安全等级稍低，但风轮直径大， 280 发电量高的机型。 281 归纳剖析与经济比较282 归纳考虑单机容量、机组安全、技能功用、收购价格、配套设备、质量记载、 283 售后服务和风电场上网电价水相等要素挑选机型。因为上述各种要素有些能够 284 量化，有些则很难彻底定量化处理，实践作业中还或许随时产生改动，需求根 285 据详细状况进行归纳剖析和经济比较后确认机型。 286 现有风电机组可选机型287 现在较为老练、质量和功用牢靠、在国际国内市场上能够收购到的风电机组 288 的容量等级在 600KW 2500KW之间，其间 600KW、750KW 机组国内已有出产销 289 售。这种容量的机组国际上已逐步中止出产，转而出产更大型的机组。国内外 290 风电机组出产厂家、机型和单机容量见表2。 291 19 292 293 20 294 （注：以上机型的详细信息见附表） 295 296 297 298 299 附表 国内外风电机组机型简表 300 21 301 22 302