超全面風力發電系統介紹——CAMILLE BAUER工業儀表

風力發電原理

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

風力發電系統介紹——系統組成和各部件功能

?葉片

?變槳系統

?偏航系統

?制動器

?低速軸

?高速軸

?齒輪箱

?主控系統

?變流器

?發電機

?機艙

?風速計

?風向標

?風塔

?升壓站

?變電站

Anemometer 風速計：

測量風速并將風速數據傳輸給控制器

Blades 葉片：

當風吹過它們時，提升和旋轉，引起轉子旋轉。大多數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的速度關閉機器。 渦輪機不能以高于每小時55英里的風速運轉，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，并將轉速從每分鐘約30-60轉(rpm)增加到約1,000-1,800 rpm; 這是大多數發電機發電所需的轉速。 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速運行且不需要齒輪箱的“直接驅動”發電機。

Generator 發電機 ：

產生周期的交流電，它通常是現成的感應發電機。主流發電機類型包括鼠籠式異步感應發電機，雙饋式異步感應發電機，直驅永磁同步感應發電機。

High-speed shaft 高速軸：

驅動發電機

Low-speed shaft 低速軸：

以30-60 rpm的速度旋轉低速軸。

Nacelle 機艙：

坐在塔頂上，并包含齒輪箱，低速和高速軸，發電機，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：

變槳系統是閉環驅動系統。渦輪主控制器根據一組條件(例如風速，發電機速度和發電量)計算所需的俯仰角。所需的俯仰角作為設定值傳輸到變槳系統。

Rotor 旋轉體：

葉片和輪轂共同形成旋轉體。

Tower 風塔：

由管狀鋼，混凝土或鋼格制成。支撐渦輪的結構。

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生更多的電力。

Wind vane 風向標 :

測量風向并與偏航系統通信，以使渦輪相對于風正確定向。

Yaw System 偏航系統：

調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：

主要功能是在轉子轉速n變化時，通過變流器控制勵磁的幅值、相位、頻率等，使定子側能向電網輸入恒頻電。包括功率模塊、控制模塊、并網模塊。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稱為變流技術。

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后進行并網電能分配。

風力發電系統介紹——重點部件介紹

l發電機

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

SCIG, Squirrel Cage Induction Generator

DFIG, Doubly-Fed Induction Generator

PMSG, Permanent Magnet Synchronous Generator

?SCIG 定速異步發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電機。電動機在定子繞組加三相交流電后，會形成旋轉磁場，其轉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，從而驅動轉子運動。電動機轉子就旋轉起來了。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電機中緩慢建立磁通量來減少浪涌電流，從而限制對電網并網時的沖擊干擾。

By-pass 旁路開關：

通過軟啟動器完成穩定并網后，風機系統通過旁路開關合閘直接連接到電網。可以幫助在運行狀態下的SCR散熱。

Capacitor bank 電容柜：

無功補償裝置，并網后立即并入無功補償裝置，提供功率因數至0.95以上。

?DFIG 雙饋異步發電機在風電中的工作圖示

?DFIG 雙饋異步發電機在風電中的工作圖示

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

工作原理：通過葉輪將風能轉變為機械轉矩，通過主軸傳動鏈，經過齒輪箱增速到異步發電機轉速后，通過勵磁變流器勵磁而將發電機的定子電能并入電網。如果超過發電機同步轉速，轉子也處于發電狀態，通過變流器向電網饋電。

雙饋發電機正是由葉片通過齒輪箱變速，帶動以達到定子側輸出相對完美正弦波，同時額定轉速下，轉子側也能同時發出電流，已達到最大利用風能效果。

?PMSG 直驅永磁同步發電機在風電中的工作圖示

永磁同步發電機是一種同步發電機，其中勵磁場由永磁體而不是線圈提供。術語“同步”是指轉子和磁場以相同的速度旋轉的事實，磁場是通過安裝在軸上的永磁機構產生的，并且電流會感應到固定電樞中。

永磁同步發電機取消了增速齒輪箱，發電機軸直接連接到風機軸上，隨著風電機轉速的變化，永磁風力發電機所發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，將這些電能改變為恒頻恒壓的交流電，才能并入電網，即變速恒頻技術。

l變流器

p雙饋式變流器

基本工作原理：

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

系統構成：

配電柜實現變流器與電網，發電機定子的連接。內外部供電以及保護開關設置。

控制柜主要完成信號調理，控制信號產生，通訊以及與主控系統的信號交換。

功率柜實現轉子轉差功率和電網的交換與傳輸，對轉子勵磁電流進行控制，從而實現對定子電壓，頻率，有功和無功的控制。

l變流器

p全功率型變流器

基本工作原理：

發電機定子直接與變流器機側相連接，而變流器的網側與電網連接。發電機的全部功率都通過變流器傳送至電網。變流器跟蹤電網電壓的頻率和相位，使輸出電流，頻率和電網保持一致。

系統構成：

變流器包含若干個子變流器系統，每個子變流器系統包括一個機側變換器和一個網側變換器。

l偏航系統

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

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，經過比 較后處理器給偏航電機發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，電機轉速將通過同軸聯接的減速器減速后，將偏航力矩作用在回轉體大齒輪上，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，偏航過程結束.

l變槳系統

變槳系統是閉環驅動系統。風機主控制器根據一組條件(如風速，發電機轉速和發電量等)計算所需的俯仰角。所需的俯仰角作為設定值傳輸到變槳系統，

調節葉片的槳距角。變槳控制系統與變速恒頻技術相配合，最終提高了整個風力發電系統的發電效率和電能質量。

l主控系統

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

控制器還控制風機內的大量開關，液壓泵，閥門和電機等。

產品應用

工業產品風電方案簡介

瑞士CAMILLE BAUER公司作為一家世界領先的儀表生產廠家，在風力發電領域有著豐富的產品應用經驗，并且能夠提供較為全面的工業儀表。

工業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量分析等。

我們工業儀表在風力發電系統中的主要應用如下：

發電機和變流器---電氣數據采集和監測，

偏航和變槳系統---角位監測

升壓站和變電站---電氣數據采集和顯示，并網在線電能質量分析監測

我們工業儀表的風電行業用戶主要包括：

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

【推薦產品】

電氣數據采集和監測SINEAX DM5S, SINEAX CAM , SINEAX P530, SINEAX AM系列，角位監測KINAX系列，在線電能質量分析監測PQ 產品系列等。

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審核編輯：湯梓紅