超全面風力發(fā)電系統(tǒng)介紹——CAMILLE BAUER工業(yè)儀表

風力發(fā)電原理

原理是風帶動葉輪旋轉(zhuǎn)，葉輪帶動發(fā)電機旋轉(zhuǎn)切割磁力線，將風能轉(zhuǎn)換為機械能，機械能帶動發(fā)電機轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)，最終產(chǎn)生電能。風力發(fā)電包含陸上和海上風電。

風力發(fā)電系統(tǒng)介紹——系統(tǒng)組成和各部件功能

Anemometer 風速計：

     測量風速并將風速數(shù)據(jù)傳輸給控制器

Blades 葉片：

      當風吹過它們時，提升和旋轉(zhuǎn)，引起轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)。大多數(shù)風機都有兩個或三個葉片。

Brake 制動器：

      在緊急情況下以機械，電氣或液壓方式停止轉(zhuǎn)子。

Controller 控制器：

       以大約8到16英里/小時（mph）的風速啟動機器，并以大約55 mph的速度關(guān)閉機器。 渦輪機不能以高于每小時55英里的風速運轉(zhuǎn)，因為它們可能會被強風損壞。

Gear box 齒輪箱 :

       將低速軸連接到高速軸，并將轉(zhuǎn)速從每分鐘約30-60轉(zhuǎn)（rpm）增加到約1,000-1,800 rpm； 這是大多數(shù)發(fā)電機發(fā)電所需的轉(zhuǎn)速。 齒輪箱是風力渦輪機中昂貴（又沉重）的一部分，工程師正在研究以較低轉(zhuǎn)速運行且不需要齒輪箱的“直接驅(qū)動"發(fā)電機。

Generator 發(fā)電機 ：

       產(chǎn)生周期的交流電，它通常是現(xiàn)成的感應發(fā)電機。主流發(fā)電機類型包括鼠籠式異步感應發(fā)電機，雙饋式異步感應發(fā)電機，直驅(qū)永磁同步感應發(fā)電機。

High-speed shaft 高速軸：

       驅(qū)動發(fā)電機

Low-speed shaft 低速軸：

       以30-60 rpm的速度旋轉(zhuǎn)低速軸。

Nacelle 機艙：

       坐在塔頂上，并包含齒輪箱，低速和高速軸，發(fā)電機，控制器和制動器。 一些機艙足夠大，足以讓直升機降落。

Pitch system 葉片變槳系統(tǒng)：

       變槳系統(tǒng)是閉環(huán)驅(qū)動系統(tǒng)。渦輪主控制器根據(jù)一組條件（例如風速，發(fā)電機速度和發(fā)電量）計算所需的俯仰角。所需的俯仰角作為設定值傳輸?shù)阶儤到y(tǒng)。

Rotor 旋轉(zhuǎn)體：

        葉片和輪轂共同形成旋轉(zhuǎn)體。

Tower 風塔：

       由管狀鋼，混凝土或鋼格制成。支撐渦輪的結(jié)構(gòu)。
由于風速隨高度增加而增加，因此更高的塔使渦輪機能夠捕獲更多的能量并產(chǎn)生更多的電力。

Wind vane 風向標 :

      測量風向并與偏航系統(tǒng)通信，以使渦輪相對于風正確定向。

Yaw System 偏航系統(tǒng)：

      調(diào)整迎風渦輪機的方向，以使它們在風向改變時始終面對風。

Power Converter 變流器：

      主要功能是在轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速n變化時，通過變流器控制勵磁的幅值、相位、頻率等，使定子側(cè)能向電網(wǎng)輸入恒頻電。包括功率模塊、控制模塊、并網(wǎng)模塊。這里包含了逆變和整流的電力變換，進行上述電力變換的技術(shù)稱為變流技術(shù)。

Transformer 升壓站：

      安裝在風塔底座，升壓站中的升壓變壓器功能是將風機電能傳輸給變電站，一般從發(fā)電機出口電壓690v升至10KV或23KV或35KV

Substation 變電站：

       風塔升壓站，再次升壓到110KV或220KV后進行并網(wǎng)電能分配。

風力發(fā)電系統(tǒng)介紹——重點部件介紹

目前主流采用的發(fā)電機類型有鼠籠式異步發(fā)電機（SCIG），雙饋式異步發(fā)電機（DFIG），直驅(qū)永磁同步發(fā)電機（PMSG）.

SCIG, Squirrel Cage Induction Generator

DFIG, Doubly-Fed Induction Generator

PMSG, Permanent Magnet Synchronous Generator

•SCIG 定速異步發(fā)電機在風電中的工作圖示

是指電動機的定子上為三相繞組，轉(zhuǎn)子為籠式的導條。因為該導條形狀與鼠籠相似，故稱之為鼠籠式異步發(fā)電機。電動機在定子繞組加三相交流電后，會形成旋轉(zhuǎn)磁場，其轉(zhuǎn)子上的閉合的導條會因為切割定子磁場的磁力線而感應出電勢和電流，而通電的導體在磁場中就會受到安培力，從而驅(qū)動轉(zhuǎn)子運動。電動機轉(zhuǎn)子就旋轉(zhuǎn)起來了。這就是鼠籠式三相異步電動機的工作原理。

Soft starter 軟啟動器（基于SCR可控硅整流器）：

 是定速的風機與電網(wǎng)連接期間使用的一種簡單且便宜的電氣組件。它的功能是通過在發(fā)電機中緩慢建立磁通量來減少浪涌電流，從而限制對電網(wǎng)并網(wǎng)時的沖擊干擾。

By-pass 旁路開關(guān)：

通過軟啟動器完成穩(wěn)定并網(wǎng)后，風機系統(tǒng)通過旁路開關(guān)合閘直接連接到電網(wǎng)?？梢詭椭谶\行狀態(tài)下的SCR散熱。

Capacitor bank 電容柜：

無功補償裝置，并網(wǎng)后立即并入無功補償裝置，提供功率因數(shù)至0.95以上。  

•DFIG 雙饋異步發(fā)電機在風電中的工作圖示

雙饋式發(fā)電就是指感應電機的定子，轉(zhuǎn)子同時能發(fā)出電能，雙饋發(fā)電機其轉(zhuǎn)子和定子都最終連于電網(wǎng)，轉(zhuǎn)子和定子都參與勵磁，其定子和轉(zhuǎn)子都可以與電網(wǎng)有能量的交換。

工作原理：通過葉輪將風能轉(zhuǎn)變?yōu)闄C械轉(zhuǎn)矩，通過主軸傳動鏈，經(jīng)過齒輪箱增速到異步發(fā)電機轉(zhuǎn)速后，通過勵磁變流器勵磁而將發(fā)電機的定子電能并入電網(wǎng)。如果超過發(fā)電機同步轉(zhuǎn)速，轉(zhuǎn)子也處于發(fā)電狀態(tài)，通過變流器向電網(wǎng)饋電。

雙饋發(fā)電機正是由葉片通過齒輪箱變速，帶動以達到定子側(cè)輸出相對正弦波，同時額定轉(zhuǎn)速下，轉(zhuǎn)子側(cè)也能同時發(fā)出電流，已達到最大利用風能效果。

•PMSG 直驅(qū)永磁同步發(fā)電機在風電中的工作圖示

永磁同步發(fā)電機是一種同步發(fā)電機，其中勵磁場由永磁體而不是線圈提供。術(shù)語“同步"是指轉(zhuǎn)子和磁場以相同的速度旋轉(zhuǎn)的事實，磁場是通過安裝在軸上的永磁機構(gòu)產(chǎn)生的，并且電流會感應到固定電樞中。

      永磁同步發(fā)電機取消了增速齒輪箱，發(fā)電機軸直接連接到風機軸上，隨著風電機轉(zhuǎn)速的變化，永磁風力發(fā)電機所發(fā)電力的頻率也是不斷變化的，所以還必須用一臺全功率變流器，將這些電能改變?yōu)楹泐l恒壓的交流電，才能并入電網(wǎng)，即變速恒頻技術(shù)。

    基本工作原理：

    雙饋發(fā)電機定子通過并網(wǎng)開關(guān)直接與電網(wǎng)連接，而轉(zhuǎn)子通過雙饋變流器（網(wǎng)側(cè)變流器，機側(cè)變流器）與電網(wǎng)連接。當風速變化導致發(fā)電機轉(zhuǎn)速變化時，變流器通過控制轉(zhuǎn)子的勵磁電流頻率來改變轉(zhuǎn)子磁場的旋轉(zhuǎn)，使發(fā)電機的輸出電壓，頻率和電網(wǎng)保持一致。

    系統(tǒng)構(gòu)成：

    配電柜實現(xiàn)變流器與電網(wǎng)，發(fā)電機定子的連接。內(nèi)外部供電以及保護開關(guān)設置。

    控制柜主要完成信號調(diào)理，控制信號產(chǎn)生，通訊以及與主控系統(tǒng)的信號交換。

    功率柜實現(xiàn)轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)差功率和電網(wǎng)的交換與傳輸，對轉(zhuǎn)子勵磁電流進行控制，從而實現(xiàn)對定子電壓，頻率，有功和無功的控制。

    基本工作原理：

    發(fā)電機定子直接與變流器機側(cè)相連接，而變流器的網(wǎng)側(cè)與電網(wǎng)連接。發(fā)電機的全部功率都通過變流器傳送至電網(wǎng)。變流器跟蹤電網(wǎng)電壓的頻率和相位，使輸出電流，頻率和電網(wǎng)保持一致。

    系統(tǒng)構(gòu)成：

    變流器包含若干個子變流器系統(tǒng)，每個子變流器系統(tǒng)包括一個機側(cè)變換器和一個網(wǎng)側(cè)變換器。

      與發(fā)電機組的控制系統(tǒng)相互配合，使葉片始終處于迎風狀態(tài)，充分利用風能，提高發(fā)電效率。

      基本工作原理：

      風向標作為傳感器將風向的變化用電信號傳遞到偏航電機的控制回路的處理器里，經(jīng)過比          較后處理器給偏航電機發(fā)出順時針或逆時針的偏航命令，為了減少偏航時的陀螺力矩，電機轉(zhuǎn)速將通過同軸聯(lián)接的減速器減速后，將偏航力矩作用在回轉(zhuǎn)體大齒輪上，帶動風輪偏航對風，當對風完成后，風向標失去電信號，電機停止工作，偏航過程結(jié)束.

      變槳系統(tǒng)是閉環(huán)驅(qū)動系統(tǒng)。風機主控制器根據(jù)一組條件（如風速，發(fā)電機轉(zhuǎn)速和發(fā)電量等）計算所需的俯仰角。所需的俯仰角作為設定值傳輸?shù)阶儤到y(tǒng)，

調(diào)節(jié)葉片的槳距角。變槳控制系統(tǒng)與變速恒頻技術(shù)相配合，最終提高了整個風力發(fā)電系統(tǒng)的發(fā)電效率和電能質(zhì)量。

     風機控制器由許多計算機組成，計算機不斷監(jiān)測風機的狀況并收集有關(guān)其運行的統(tǒng)計信息。 

     控制器還控制風機內(nèi)的大量開關(guān)，液壓泵，閥門和電機等。

產(chǎn)品應用

工業(yè)產(chǎn)品風電方案簡介

瑞士CAMILLE BAUER公司作為一家儀表生產(chǎn)廠家，在風力發(fā)電領(lǐng)域有著豐富的產(chǎn)品應用經(jīng)驗，并且能夠提供較為全面的工業(yè)儀表。

工業(yè)儀表主要包含單功能和多功能電量變送器，角位和傾角變送器，多功能電量顯示表和在線電能質(zhì)量分析等。

我們工業(yè)儀表在風力發(fā)電系統(tǒng)中的主要應用如下：

發(fā)電機和變流器---電氣數(shù)據(jù)采集和監(jiān)測，

偏航和變槳系統(tǒng)---角位監(jiān)測

升壓站和變電站---電氣數(shù)據(jù)采集和顯示，并網(wǎng)在線電能質(zhì)量分析監(jiān)測

我們工業(yè)儀表的風電行業(yè)用戶主要包括：

整機制造商，零部件制造商，系統(tǒng)集成商，第三方認證檢測機構(gòu)，運維服務供應商等。

【推薦產(chǎn)品】

電氣數(shù)據(jù)采集和監(jiān)測SINEAX DM5S, SINEAX CAM , SINEAX P530, SINEAX AM系列，角位監(jiān)測KINAX系列，在線電能質(zhì)量分析監(jiān)測PQ 產(chǎn)品系列等。

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