解析
亨士樂編碼器在風(fēng)力發(fā)電控制系統(tǒng)中的應(yīng)用
1、風(fēng)力發(fā)電的發(fā)展前景
風(fēng)力發(fā)電作為一種利用風(fēng)能的清潔能源,在環(huán)境保護方面發(fā)揮著越來越重要的作用,這在今天變得越來越重要。近年來,全球風(fēng)能市場以每年40%以上的速度快速發(fā)展,中國擁有豐富而強大的風(fēng)電場資源,已成為世界上最重要的風(fēng)能市場,繼歐美政府支持開發(fā)新能源之后,裝備行業(yè)帶來了發(fā)展機遇。我國風(fēng)能資源豐富,理論儲量16億千瓦,實際可利用容量2.5億千瓦,發(fā)展?jié)摿薮?。同時,與風(fēng)力發(fā)電相關(guān)的亨士樂編碼器被視為國家新能源發(fā)展規(guī)劃中的重點產(chǎn)業(yè),因此我國的風(fēng)力發(fā)電產(chǎn)業(yè)具有更廣闊的發(fā)展前景。
因此,風(fēng)力發(fā)電近年來呈指數(shù)級增長。2008年,風(fēng)力渦輪機的增長率受到GDP的影響,但也超過了80%,國產(chǎn)化率也超過了70%。風(fēng)能產(chǎn)業(yè)要健康持續(xù)發(fā)展,必須完成產(chǎn)業(yè)體系建設(shè)和產(chǎn)業(yè)鏈建設(shè)。很多企業(yè)迅速開發(fā)了基于需求的編碼器產(chǎn)品路線和解決方案,并成功應(yīng)用于許多風(fēng)電場。
2、水平軸風(fēng)力渦輪機的組成
基于風(fēng)能的更高效收集和利用,目前風(fēng)電行業(yè)主要使用水平軸風(fēng)力渦輪機,其組成如右圖所示:
轉(zhuǎn)子葉片:捕捉風(fēng)能并將其轉(zhuǎn)化為旋轉(zhuǎn)軸的旋轉(zhuǎn)能;
旋轉(zhuǎn)軸:將旋轉(zhuǎn)能量轉(zhuǎn)換為發(fā)電機的動能;
齒輪箱:用于提高轉(zhuǎn)子中心和發(fā)電機之間的軸的速度;
發(fā)電機:利用轉(zhuǎn)軸的旋轉(zhuǎn)能量,通過電磁原理發(fā)電;
偏航控制(未顯示):移動轉(zhuǎn)子以與風(fēng)對齊;
制動裝置:在電氣過載或系統(tǒng)故障的情況下停止軸的旋轉(zhuǎn);
塔架:支撐轉(zhuǎn)子和電機外殼,提升整個機組的位置;
3、風(fēng)力發(fā)電控制系統(tǒng)
作為風(fēng)力發(fā)電領(lǐng)域的核心環(huán)節(jié),風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)的技術(shù)創(chuàng)新非常重要。目前,風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)主要有兩種類型:恒速恒頻風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)和變速恒頻風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)。在風(fēng)力發(fā)電中,當(dāng)風(fēng)力渦輪機連接到電網(wǎng)時,風(fēng)力發(fā)電的頻率必須與電網(wǎng)的頻率相匹配,即H具有恒定的頻率。恒速恒頻是指在風(fēng)力發(fā)電過程中,風(fēng)車的速度(即發(fā)電機的速度)保持不變,以獲得恒定頻率的電力。在風(fēng)力發(fā)電中,風(fēng)車的轉(zhuǎn)速隨風(fēng)速變化,通過其他控制方法獲得恒頻電能的方法稱為恒頻變速。
由于風(fēng)能與風(fēng)速的立方成正比,因此,如果風(fēng)速在一定范圍內(nèi)變化,并且允許風(fēng)車以可變速度移動,就可以達到更好地利用風(fēng)能的目的。風(fēng)力機將風(fēng)能轉(zhuǎn)化為機械能的效率可以用輸出功率系數(shù)CP來表示,CP在一定的風(fēng)力機葉尖轉(zhuǎn)速比λ(葉尖轉(zhuǎn)速與風(fēng)速之比)下達到最大值。恒速恒頻機組的風(fēng)輪轉(zhuǎn)速保持不變,風(fēng)速不斷變化。顯然,CP不能保持在最佳值。變速恒頻機組的特點是風(fēng)車和發(fā)電機的速度可以在很大范圍內(nèi)改變,而不影響輸出電功率的頻率。由于風(fēng)車的轉(zhuǎn)速是可變的,通過適當(dāng)?shù)目刂?,風(fēng)車的葉尖速比可以達到或接近最佳值,以最大限度地利用風(fēng)能發(fā)電。因此,變速恒頻風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)具有較高的風(fēng)能利用系數(shù),可以吸收風(fēng)速突變引起的能量波動,避免主軸和傳動機構(gòu)上的過大扭矩和過大應(yīng)力,提高系統(tǒng)的功率因數(shù)。風(fēng)力發(fā)電行業(yè)越來越受歡迎。
恒頻變速控制的功能是保證并網(wǎng)電源的質(zhì)量,因此需要測量發(fā)電機的轉(zhuǎn)速并反饋給控制器,以實現(xiàn)閉環(huán)控制。目前,對發(fā)電機轉(zhuǎn)速的檢測主要采用旋轉(zhuǎn)編碼器。同時,由于發(fā)電機功率大,會產(chǎn)生紋波電流。如果編碼器未與發(fā)電機隔離,紋波電流將引入編碼器,從而損壞編碼器。ECO公司EV88P系列編碼器采用獨特的機械設(shè)計理念,確保產(chǎn)品的抗振動和抗沖擊性。采用歐洲先進的電氣設(shè)計技術(shù),確保產(chǎn)品在-40~85℃的溫度條件下可靠輸出,同時采用先進的絕緣處理技術(shù),可有效防止軸電流對編碼器的損壞。EV88P系列編碼器以其優(yōu)異的性能和穩(wěn)定的運行,已成功應(yīng)用于華北某風(fēng)力發(fā)電廠,其在風(fēng)電場的穩(wěn)定運行得到了客戶的認(rèn)可。
4、風(fēng)力發(fā)電變槳控制系統(tǒng)
從風(fēng)力發(fā)電技術(shù)的發(fā)展來看,單臺風(fēng)力發(fā)電機組的容量正在向大型化發(fā)展,兆瓦級風(fēng)力發(fā)電機組已成為風(fēng)力發(fā)電市場的主要產(chǎn)品。目前,大型風(fēng)力發(fā)電機組普遍采用變槳距控制技術(shù)。變槳控制是控制葉片沿葉片縱軸旋轉(zhuǎn),根據(jù)風(fēng)速變化隨時調(diào)整迎角,控制風(fēng)輪能量吸收,并保持一定的輸出功率。變槳距控制的優(yōu)點是可以保證高風(fēng)速段的額定功率,功率在額定功率點上穩(wěn)定,在額定點具有更高的風(fēng)能利用系數(shù),提高了風(fēng)機的啟動性能和制動性能,提高了風(fēng)機的整體靈活性。減少整個機器和葉片上的應(yīng)力。在并網(wǎng)過程中,俯仰控制器還可以實現(xiàn)快速、無沖擊的并網(wǎng)。變槳距控制系統(tǒng)與變速恒頻技術(shù)相結(jié)合,最終提高了整個風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)的發(fā)電效率和電能質(zhì)量。
俯仰控制系統(tǒng)中有兩種主要類型的執(zhí)行器,液壓俯仰執(zhí)行器和電動俯仰執(zhí)行器。其中,電機變槳執(zhí)行器采用電機控制葉片,結(jié)構(gòu)緊湊,控制靈活,運行可靠。液壓執(zhí)行機構(gòu)無非線性、漏油、卡阻等現(xiàn)象。電機變槳控制機構(gòu)可以使用伺服電機單獨調(diào)整每個葉片。伺服電機通過驅(qū)動齒輪與螺旋槳輪轂的內(nèi)環(huán)齒輪嚙合,并直接控制螺旋槳的俯仰角。編碼器將傾斜角度的變化反饋給控制器,然后對電機執(zhí)行負(fù)反饋PID閉環(huán)控制。
5、結(jié)論
風(fēng)力發(fā)電技術(shù)日趨成熟,在可再生綠色能源開發(fā)領(lǐng)域占有突出地位,具有重要的開發(fā)利用價值。特別是在偏遠山區(qū)、牧區(qū)和島嶼,風(fēng)力發(fā)電可以為當(dāng)?shù)鼐用竦纳詈蜕a(chǎn)提供清潔能源,緩解能源短缺。
過去,用戶和運營商更關(guān)注購買產(chǎn)品的價格:在整個生命周期內(nèi),維護成本占40%至70%,這主要取決于產(chǎn)品的質(zhì)量。越來越多的風(fēng)電用戶將注意力轉(zhuǎn)移到如何提高產(chǎn)品質(zhì)量、提高可靠性和降低維護成本上。像愛科這樣一家技術(shù)積累和產(chǎn)品質(zhì)量都很強的公司,可以豐富和完善中國的風(fēng)電產(chǎn)業(yè)鏈,幫助風(fēng)機制造商提高產(chǎn)品質(zhì)量,將維護成本降到最低。