风力发电机组

概述

风力发电机组包括风轮、发电机;风轮中含叶片、轮毂、加固件等组成;它有叶片受风力旋转发电、发电机机头转动等功能。风力发电电源由风力发电机组、支撑发电机组的塔架、蓄电池充电控制器、逆变器、卸荷器、并网控制器、蓄电池组等组成。

风力发电机组进行发电时,都要保证输出电频率恒定。这无论对于风机并网发电还是风光互补发电都非常必要。 要保证风电的频率恒定,一种方式就是保证发电机的恒定转速,即恒速恒频的运行方式,因为发电机由风力机经过传动装置进行驱动运转,所以这种方式无疑要恒定风力机的转速,这种方式会影响到风能的转换效率;另一种方式就是发电机转速随风速变化,通过其它的手段保证输出电能的频率恒定,即变速恒频运行。


工作原理

风力发电电源由风力发电机组、支撑发电机组的塔架、蓄电池充电控制器、逆变器、卸荷器、并网控制器、蓄电池组等组成;风力发电机组包括风轮、发电机;风轮中含叶片、轮毂、加固件等组成;它有叶片受风力旋转发电、发电机机头转动等功能。风速选择:低风速风力发电机能有效提升风力发电机在低风速区域的风能利用,在年平均风速小于3.5m/s,且无台风的地区,推荐选用低风速产品。

风力发电机组进行发电时,都要保证输出电频率恒定。这无论对于风机并网发电还是风光互补发电都非常必要。 要保证风电的频率恒定,一种方式就是保证发电机的恒定转速,即恒速恒频的运行方式,因为发电机由风力机经过传动装置进行驱动运转,所以这种方式无疑要恒定风力机的转速,这种方式会影响到风能的转换效率;另一种方式就是发电机转速随风速变化,通过其它的手段保证输出电能的频率恒定,即变速恒频运行。风力机的风能利用系数跟叶尖速比(叶轮尖的线速与风速的比值)有关,存在某一确定的叶尖速比,使Cp达到最大值。因此,在变速恒频运行方式下,风力机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。因此风力发电机组经常用变速恒频法保证输出频率恒定。


应用

近年来,全球可再生能源利用年增长率达到25%.可再生能源的利用将以电力行业为主导,非水力可再生能源的发电比例将扩大两倍。据统计,2002年可再生能源的消费虽约14亿t油当量,2030年将超过22亿t油当量。风能发电作为除水力发电外技术最成熟的一种可再生能源发电,其装机容量占整个可再生能源发电装机总容员的绝大部分。但是电力电子器件性能的限制,给大容量风电机组的研制及应用造成了一定的瓶颈。


随着大功串的电力电子器件和能源存储设备的进一步发展,风力发电在总投资或发电费用上可与常规能源相竞争,风力发电技术也会得到更大的发展。

此外,随着风电场的容量不断增加,当电网电压发生跌落时,保证风电机组不脱网运行、维持区域电网的稳定显得更加重要。随着大功率的电力电子器件及其控制技术的发展,目前风电机组所面临的低电压穿越问题将能得到很好的解决。


风力发电机组按照主传动链结构形式可以分为具有多级升速齿轮箱的双馈式风力发电机组、无升速齿轮箱的直驱式风力发电机组和具有一级升速齿轮箱的半直驱式风力发电机组s而按照风力发电机组转速调节方式可分为值速恒领风力发电机组和变速恒频风力发电机组。变速恒频风力发电机组由于具有较高的风能利用效率,目前已成为风力发电中的主流机型。


分类

(1)恒速恒频风力发电机组

恒速恒频风力发电机组主要分为笼型感应发电机恒速恒频风力发电机组和电励磁同步发电机恒速恒频风力发电机组.

具有以下特点:

(l)机组结构简单,适合在野外环境工作;

(2)由于转速不变.无法进行最大功率点跟踪控制,发电效率降低;·

(3)当风速快速升高时,由于转速不变,风能将通过浆叶传递给主轴、齿轮箱和发电机等部件,产生很大的机械应力,从而引起这些部件疲劳损坏。该类型风力发电机组由于在低风速区域效率低,主要应用于小功率、机组容量低于600kw的系统。

恒速恒频风力发电机组在正常发电过程中,发电机定子绕组直接接入电网,其转速由电网频率确定.风力发电机组的转速在整个运行风速范围内保持恒定。

其优点是:不需要采用大功率全控开关器件进行变频控制,降低整个机组的成本和控制复杂程度;

缺点是:整个风力发电机组的转速恒定,使得机组在低风速区间内不能以员位叶尖转速比运行,造成低风速区间内的能量损失。

(2)变速恒频风力发电机组

变速恒频风力发电机组由于其转速能随着风速的变化而变化.可以保证机组在低风速区域获得最大的风能利用串.其效率比恒速恒频风力发电机组高很多。

目前,变速恒频风力发电机组主要分为双馈异步风力发电机组、永磁直驱风力发电机组和电励磁同步半直驱风力发电机组。目的,双馈异步风力发电机组为变速桓频风力发电机组中的主流机型。

变速恒频风力发电机组在正常运行过程中,其转速随着风速变化。

其优点是:

在额定转速以下,风力发电机组的转速跟随风速变化,保证机组运行在最佳叶尖转速比点,使机组在低风速区间内获得最大风能利用率;

其缺点是:

由于电网频率基本不变,而机组的转速在一定范围内变化,这就要求在发电机与电网之间增加全控变流器.以实现电网频率与发电机转速之间的解耦控制,因此,风力发电机组的成本和控制复杂程度会相应增大。

由于风电场一年内大部分时间段的风速都在额定风速以下,提高额定风速以下风力发电机组的风能利用效率是提高机组年发电虽的关键因素。另外,大功率的全控电力电子器件的出现,使得现代风力发电机组大都采用变速恒频风力发电机组。


选型指南

风速及风向的变化对风力发电机的发电量有着较大的影响,通常,塔架越高,风速越大,气流越平稳,发电量越大。因此风力发电机的选址应慎重考虑,每一次安装都不同,而且要考虑塔筒高、电池组的距离、当地规划要求以及建筑和树木这些障碍物等因素。


风机安装与选址具体要求如下:

风力发电机组推荐的最小塔高是8米或距离障碍物5米以上安装范围中心的100m范围之内尽量没有障碍物;

相邻两台风机的安装应保持在8~10倍风轮直径的距离;风机选址应避开紊流。选择年平均风速较大的地区,具有较稳定的盛行风向,且风速的日变化与季变化小;

风机高度范围内的垂直方向的风速切变要小;选择尽可能少的自然灾害的地方;

选择安装位置时安全是首要关注的。因此,即使是在一个风速资源较不理想的地方安装风力发电机,安装时风轮叶片不得旋转。


维护保养

风力发电机组包括风轮、转向装置、发电机、蓄电池、充放电控制器、塔架及其他附件。机组的保养可分为一级保养、二级保养和三级保养(即一保、二保、三保)。

一保,就是很快地排除巳发现的故障,快速及时地更换或者修复一些损坏的零部件,这对延长机组的使用寿命是极为重要的一环。

二保,是指机组运行一年左右。要拆卸风叶,转向装置等部件,把油灰清洗干净,零部件若有损毁,进行更换或修复,并结各个轴承以及活动部分,都要加入适量钙基润滑油(黄油),

三保,是指机组运行三至五年,要进行一次全面检查相继护,零部件若有损毁,要进行更换或修复。


注意事项

1当风力发电机处于运行状态时,如果要检查齿轮箱的噪声等级、机械部件和发电机时,只可进入机舱,不得进入轮毂内。        

2如果叶片被冰冻上,在转子附近或下面行走将非常危险。如果在叶片上有冰的情况下起动风力发电机,操作员必须小心且确保在风力发电机附近没有其他的人,因为有冰块落下的危险。          

3任何时候,在风力发电机内必须至少有两个人。在开门进入塔内时,必须小心,不要站在打开的半径内并且查看确保也没有其他人在这一半径内。             4在进行任何检查工作之前,必须通过登入塔底权限断开远程控制器的连接,叶片朝向展平的啮合位置,如果叶片停止转动或者缓慢转动,按下紧急按钮,在这种情况下,风力发电机停止运转(建议按下机舱内的另一紧急按钮以免有人松开地面控制器上的紧急按钮)。如果需要执行任何对风力发电机的检查或者维修工作,控制必须传到顶部控制(远程控制保持无效)。        

5把维修的工具,润滑油等放进工具包里,确保工具包无破损。在攀登时把工具包挂在安全带上或背在身上,切忌攀登时不能掉下任何物品。          

6在登塔工作时,要佩戴安全帽。系安全带,并把防坠落安全锁扣安装在钢丝绳或防滑导轨上,同时要穿结实防滑的工作鞋。        

7 攀登塔架时,不要过急,应平稳攀登,若中途体力不支可以在中间平台休息后再继续攀登。          

8 登塔维修时,不得两个人在同一段塔筒内同时登塔,尽量避免工具跌落伤人的可能性。          

9 在风力发电机组机舱内工作时,风速低于12m/s可以开启机舱盖,但在离开风力发电机组前要将机舱盖合上,并锁定。风速超过14m/s时应关闭机舱盖。风速超过18m/s时禁止登塔工作。        

10 在机舱内工作时禁止吸烟,在工作结束后要认真清理工作现场,不允许遗留弃物。

11 若在机舱外高空工作需系好安全带,安全带要与刚性物体联接,不允许将安全带系在电缆等物体上,并保证安全带要有足够的长度,且要两人以上配合工作。          12  要断开主开关在机舱工作时,必须在主开关把手上悬挂警告牌,在检查机组回路时,应保证与电源有明显断开点。        

13  在电感,电容性能设备上作业前或进入其围栏内工作时,应将设备充分接地放电后方可进行。          

14  吊运零件,工具,应绑扎牢固,需要时宜加导向绳。  

15  进行风电机维护检修工作时,风机零部件,检修工具必须传递,不得空中抛接。零部件,工具必须摆放有序,检修结束后应清点。。  


故障排除

1风力发电机剧烈抖动的原因分析:发电机底座固定螺栓松动;风轮叶片变形;尾翼固定螺钉松动;塔架拉索松弛。

(2)剧烈抖动故障的排除方法:风力发电机剧烈抖动时有发生,多数是因主要工作部件螺栓松动引起的。若螺栓松动,将松动的螺栓拧紧(注意加弹簧垫)即可;若风轮叶片变形,需要卸下修复或更换新叶片(注意,风轮叶片更换应成套一起更换,以免破坏风轮平衡)。

2风机调向不灵有以下现象:风轮在低风速时(一般3-5m/s以下),经常不迎风,机头转动困难,风大时(如风速超12m/s以上),风轮不能及时偏转限速,使风轮长时间超速旋转,致使风机工作稳定性变坏。

(1)调向不灵的原因分析:风机立柱(或塔架)上端压力轴承损坏,或风机安装时没有安装压力轴承,因长期不保养风机,使机座回转体长套内和压力轴承处油泥过多,黄油老化变硬,致使机头回转困难,回转体和压力轴承安装时,根本就没有加黄油,致使回转体内部生锈。

(2)调向不灵故障的排除方法:卸下回转体,清洗后,若没有安装轴承,则需要补装压力轴承,若长期没有保养,使油泥过多或根本没有加油,则需认真清洗后,再涂新黄油即可。

3风机运行中的异常杂音有如下现象:当风速小时出现明显的响声,或摩擦声,或出现明显的敲击声等。

(1)异常杂音的原因分析:螺钉、螺栓各紧固部位有松动之处;发电机轴承缺油或松动;发电机轴承损坏;风轮与其他部件摩擦。

(2)异常杂音的排除方法:发现风机运转工作时有异常杂音,应立即停机检查。若紧固件螺丝松动,加好弹簧垫拧紧即可,若风轮与其他部件摩擦,找出故障点,调整或检修排除,若不属以上原因,则异常杂音可能出在发电机前,后轴承部位,此时应打开发电机前,后轴承盖,检查轴承,对轴承部件清洗或更换新轴承,并加好黄油,将发电机前、后轴承盖装回原位即可。

4.发电机不发电的现象:发电机运转工作时,无电流输出。

(1)发电机不发电的原因分析:发电机输电线断路;发电机整流管损坏;输电线接头接触不良;发电机过热或线圈烧坏;保险管烧坏。

(2)发电机不发电故障的排除方法。如发现发电机不发电,应立即停机检查,检查时本着先易后难、由表及里的原则,先检查输电线各接头处接触是否牢靠,若各接头没有问题,可进一步检查发电机整流管或保险管是否有损坏,如整流管和保险管没有问题,则可进一步认定是发电机里边的问题。此时卸下发电机,打开前后端盖,取出转子,检查定子线周,如是定子线圈有短路,找出短路部位,重新更换线圈或更换新发电机。

5风轮转速明显降低的现象:一般比较直观。即有风时风轮不好启动,运转时转速上不去,特别是额定风速时,风轮转速达不到额定转速。

(1)风轮转速明显降低的原因分析。风轮叶片迎风面角度不正确。

(2)排除方法。如风轮叶片变形或法兰叶片螺孔错位,进行检查调整或更换新风轮叶片,应检查风轮叶片迎风角度,保风轮运转自如,若发电机轴承损坏,应更换新轴承。


分享到: