风 电 产业

编码 器 在 风 电 行业 中 应用

摘 要 :88 发电 系统 为了 更 充分 更 有效 的 利用 风能 , 越来越 多 的 采用 变 桨 控制 系统 和 变速 恒 频 控制 系统。 变速 恒 频 控制 系统 中 , 采用 重载 增量 编码 器 EV88P 为 系统 提供 主 电机 速度, , 实现 闭环 控制 获得 优质 入网 电能。 变 桨 系统 中 伺服 电机 的 运行 状况 反馈 及 桨叶 角度 的 反馈 均 通过 旋转 编码 器 提供。

关键词 :变 桨 控制 系统; 变速 恒 频 控制 系统; 增量 编码 器; 绝对值 编码 器

一 、 引言

随着 煤炭 、 石油 等 常规 能源 的 逐渐 , , 越来越 重视 对 新 能源 (非常 规 能源) 的 开发 利用。 新 能源 是 指 传统 能源 之外 的 各种 能源 形式 , 如 太阳能 、 地 热能 、 风能、 海洋 能 、 生物质能 和 核聚变 能 等。 其中 风能 以其 独特 优势 而 备受青睐。 相对 其他 新 能源 相比 , 风能 具有 三大 优势 : 第一 , 储量 大 、 分布 广; 第二 , 可利用 性 强 , 成本 相对 较低; 第三 , 绿色 能源 , 不 污染 环境。
作为 一种 利用 风能 的 清洁 , , 电 在 环境保护 日益 重要 的 今天 , 发挥 着 越来越 重要 的 作用。 近年来 , 全球 风能 市场 每年 以 超过 40% 的 速度 快速 发展 , 而 中国 也 凭借 丰富 的 风 场资源 和 政府 对 新 能源 开发 的 大力 支持 , 成为 继 欧美 之后 全球 最 重要 的 风能 市场 , 这 给 中国 风能 装备 制造业 带来 了 发展 机遇。 我国 风能 资源 丰富 , 理论 储量 为 16 亿 千瓦 , 实际 可 利用量达 2.5 亿 千瓦 , 具有 极大 的 发展 潜力。 同时 在 国家 的 新 能源 发展 规划 中 , 将 风力 发电 作为 重点 扶持 行业 , 使 我国 风 电 行业 拥有 了 更 广阔 的 发展 前景。。
因此 风 电 这 几年 一直 保持 着 成倍 增长 , 年 电机 电机 组 增长率 受到 GDP 影响 , 但 也 超过 了 80% , 国产 化 的 比率 已经 超过 70%。 风能 产业 要想 健康 持续 的 增长 , 就要 完成 产业 体系的 建设 , 产业 链 的 建设。 齐 屹 机电 抓住 了 机遇 , 适时 开发 出 了 顺应 需求 的 产品 路线 和 解决 方案 , 并被 成功 应用于 多个 风 电场 中。

二 、 水平 轴 风力 涡轮 机 组成

基于 对 风能 的 更高 效率 采集 及 利用 , 目前 风 电 行业 主要 采用 水平 轴 风力 涡轮 机 , 其 组成 如下 图 所示 :
转子 叶片 : 捕获 风能 并将 其 转换 为 转轴 的 转动 能 ;
转轴 : 将 转动 能 转化 为 发电机 的 动能 ;
: : 用于 增加 转子 中心 和 发电机 之间 的 转轴 速度 ;
发电机 : 利用 转轴 的 转动 能 , 通过 电磁 原理 发电 ;
偏航 控制器 (未 显示) : 移动 转子 使其 与 风向 保持 一致 ;
制动 装置 : 在 出现 电力 超载 或 系统 故障 时 停止 转轴 旋转 ;
塔架 : 支撑 转子 和 发动机 箱 , 并将 整个 装置 位置 提升 ;

三 、 风力 发电 的 控制 系统

风力 发电 系统 作为 风能 发电 领域 的 核心 环节 , 技术 革新 至关重要。 目前 主要 采用 恒速 恒 频 和 变速 恒 频 风力 发电机 系统 两大 类。 在 风力 发电 中 , 当 风力 发电机 组 与 电网 并 网, , 要求 风 电 的 频率 与 电网 的 频率 保持 一致 , 即 恒 频。 恒速 恒 频 即 在 风力 发电 过程 中 , 保持 风车 的 转速 (也 即 发电机 的 转速) 不变 , 从而 得到 恒 频 的 电能。在 风力 发电 过程 中 让 风车 的 转速 随风 速 而 变化 , 而 通过 其它 控制 方式 来 得到 恒 频 电能 的 方法 称为 变速 恒 频。
由于 风能 与 风速 的 三次 方 成正比 , 当 风速 在 一定 范围 变化 时 , 如果 允许 风车 做 变速 运动 , 则 能 达到 更好 利用 风能 的 目的。 风车 将 风能 转换 成 机械 能 的 效率 可用 输出 功率 系数 CP 来 表示, CP 在 某一 确定 的 风 轮 周 速比 λ (桨叶 尖 速度 与 风速 之 比) 下 达到 最大值。 恒速 恒 频 机组 的 风车 转速 保持 不变 , 而 风速 又 经常 在 变化 , 显然 CP 不可能 保持 在 最佳 值。 变速 恒 频 机组 的 特点 是 风车 和 发电机 的 转速 可 在 很大 范围 内 变化 而不 影响 输出 电能 的 频率。 由于 风车 的 转速 可变 , 可以 通过 适当 的 控制 , 使 风车的 周 速比 处于 或 接近 最佳 值 , 从而 最大限度 地 利用 风能 发电。 因此 变速 恒 频 风力 发电 系统 以其 风能 利用 系数 高 , 能 吸收 由 风速 突变 所 产生 的 能量 波动 以 避免 主轴 及 传动 机构 承受过 大 的 扭矩 和 应力 , 以及 可以 改善 系统 的 功率 因数 等 突出 优势 , 在 风力 发电 行业 越来越 受欢迎。
, 恒 频 控制 的 功能 是 保证 上网 电能 的 质量 , 因此 必须 对 发电机 的 转速 进行 测量 并 反馈 到 控制器 , 实现 闭环 控制。 目前 对 发电机 转速 的 检测 主要 采用 旋转 编码 器。 同时 由于 发电机 的功率 大 , 会 产生 轴 电流 , 如果 编码 器 与 发电机 不 绝缘 , 则 轴 电流 会 被 引入 编码 器 , 进而 损坏 编码 器。 上海 齐 屹 CALT 品牌 GHS78 系列 编码 器 采用 独特 的 机械 设计 理念 的 确保 产品抗 振动 抗冲击 性能 , 采用 欧洲 先进 的 电气 设计 技术 , 确保 产品 在 -40 ~ 85 ℃ 的 温度 条件 下 可靠 输出 , 同时 采用 先进 的 绝缘 处理 技术 , 有效 防止 轴 电流 对 编码 器 的 损坏 。GHS78 系列 编码, , 以其 优异 的 性能 特点 及 稳定 运行 , 已 在 某 风 电 设备 制造厂 取得 成功 应用 , 在 风 场 的 稳定 运行 得到 客户 的 认可。

四 、 风力 发电 的 变 桨 距 控制 系统

在 风 电 技术 发展 方面 , 风力 发电机 单机 容量 朝着 大型 化 发展 , 兆瓦 级 风力 机 已经 成为 风力 发电 市场 的 主流 产品。 目前 大型 风力 发电机 组 普遍 采用 变 桨 距 控制 技术。 变 桨 距 控制 是 通过, 桨叶 的 纵轴 控制 叶片 旋转 , 依据 风速 的 变化 随时 调节 桨 距 角 , 控制 风 轮 的 能量 吸收 , 保持 一定 的 输出 功率。 变 桨 距 控制 的 优点 是 能够 确保 高 风速 段 的 额定 功率 , 额定功率 点 以上 输出 平稳 、 在 额定 点 具有 较高 的 风能 利用 系数 、 提高 风力 机组 起动 性能 与 制动 性能 、 提高 风机 的 整体 柔性 度 、 减小 整机 和 桨叶 的 受 力 状况。 在 并 网 过程中, 变 桨 距 控制 还可 实现 快速 无 冲击 并 网。 变 桨 距 控制 系统 与 变速 恒 频 技术 相配合, 最终 提高 了 整个 风力 发电 系统 的 发电 效率 和 电能 质量。
变 桨 距 控制 系统 的 执行 机构 主要 有 两种 , 液压 变 桨 距 执行 机构 和 电动 变 桨 距 执行 机构。 其中 , 电机 变 桨 执行 机构 是 利用 电机 对 桨叶 进行 控制 , 结构 紧凑 、 控制 灵活 、 动作, , 不 存在 液压 执行 机构 中 的 非线性 、 漏油 、 卡塞 等 现象。 电机 变 桨 距 控制 机构 可 对 每个 桨叶 采用 一个 伺服 电机 进行 单独 调节。 伺服 电机 通过 主动 齿轮 与 桨叶 轮 毂 内齿圈 相 啮合 , 直接 对 桨叶 的 桨 距 角 进行 控制。 旋转 编码 器 将 桨 距 角 的 变化 反馈 给 控制器 , 进而 对 电机 进行 闭环 PID 负 反馈 控制。
屹 齐 屹 CALT 品牌 的 GHST58 系列 增量 编码 器 、 GHS58 系列 模拟 量 输出 绝对值 编码 器 和 CMS412 系列 SSI 输出 绝对值 编码 器 以其 优异 的 抗 机械 振动 性能 和 -40 ℃ 温度 条件 下 稳定 的 电气 输出, , 为 广大 风 电 客户 提供 了 性价比 优异 的 传感器 解决 方案。 其中 , GHS58 系列 编码 器 用于 变 桨 系统 中 伺服 电机 信号 反馈 , 控制 桨叶 角度 控制 , 同时 应用 GHST58 或 CMS412 系列 编码 桨 对 对 对绝对 位置 信息 反馈。

五 、 结束语

, 发电 技术 已 日趋 成熟 , 在 可 再生 的 绿色 能源 的 开发 领域 中 占有 突出 的 地位 , 具有 重要 的 开发 利用 价值。 尤其 是 在 偏远 的 山区 、 牧区 和 海岛 等 地区 , 风力 发电 可 为 当地 居民 , ,和 生产 提供 洁净 的 能源 , 缓解 能源 供应 紧张 的 局面。
以往 投资 商 和 运营 商 更多 关注 的 是 购买 产品 的 价格 , 而 在 整个 寿命 周期 里边 , 维护 成本 占 40% 到 70% , 主要 取决于 产品 质量。 越来越 多 的 风 电 用户 将 关注 的 如何 转移 到 的提高 产品 质量 , 增强 可靠性 , 同时 降低 维护 成本。 上海 齐 屹 机电 这样 拥有 浓厚 的 技术 积淀 和 优秀 产品 质量 的 公司 , 能够 使得 中国 的 风 电 产业 链 更加 充实 和 完善 , 帮助 风 电 设备 制造 厂商 们 ,质量 , 并将 维护 成本 减到 最少。
① 徐 甫 荣. 大型 风 电场 及 风 电机 组 的 控制 系统 [J]. 电气 传动 自动化 , 2003,25 (6) : 5 ~ 11。
② 马宏飞 , 徐殿国 , 苗立杰. J 变速 恒 频 风力 发电 系统 控制 方案 的 对比 分析 [J].电工 技术 杂志, 2000, (10)。
③ 刘其辉 , 贺益康 , 赵仁德.变速 恒 频 风力 发电 系统 最大 风能 追踪 控制 [J].电力 系统 自动化, 2003, 27 (20) : 62 ~ 67。

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Publicado el

13 de abril de 2020

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