雙饋風電機組（有齒輪箱型）介紹
目前市場上受歡迎的機型（在五大發(fā)電集團內(nèi)部搞過運行的都很清楚）為金風科技無齒輪箱的直驅永磁風機，但由于國內(nèi)經(jīng)濟等一系列因素，齒輪箱風機現(xiàn)在仍然大規(guī)模存在，因為少了齒輪箱，故障率極低，金風世界領先水平，國內(nèi)第一，直驅永磁技術并沒有友很多PPT培訓時說的那么多致命缺點，不管是雙饋異步發(fā)電機還是直驅永磁發(fā)電機都屬于變速恒頻系統(tǒng)采用變槳距的方式，無論風力變大變小，都充分利用風能，通過電力電子裝置進行恒頻，避免頻率波動。雙饋感應發(fā)電機由定子繞組直連定頻三相電網(wǎng)的繞線型感應發(fā)電機和安裝在轉子繞組上的雙向背靠背IGBT電壓源變流器組成。
雙饋是指有兩個能量流動通道，普通交流機只有定子和電網(wǎng)之間能量流動，而雙饋電機定子、轉子都可以與電網(wǎng)交換能量，定子直接與電網(wǎng)連接，轉子通過逆變器與電網(wǎng)連接，實現(xiàn)能量從定子和轉子到電網(wǎng)的兩個通道流動，簡單地說就是定子和轉子都能和電網(wǎng)進行功率交換，而一般的感應電機只能由定子和電網(wǎng)交換功率。
特點：雙饋電機的定子接50 Hz工頻電網(wǎng)，轉子接自動調(diào)節(jié)頻率的交流電源。隨著交流勵磁自動控制系統(tǒng)對轉子勵磁電流的頻率、幅值大小和相位的調(diào)節(jié)，雙饋電機在電動工況或發(fā)電工況下運行，轉速都可以調(diào)節(jié)變化，而定子輸出電壓和頻率可以維持不變，既可以調(diào)節(jié)電網(wǎng)的功率因數(shù)，又可以提高系統(tǒng)的穩(wěn)定性。
伯努利原理，風從葉片的凸面通過時，速度較快，壓力較小;風從葉片的凹面通過時，速度較慢，壓力較大。這樣就形成了一個壓力差，推動葉片向低壓方向旋轉，這就是使葉片轉動的升力，決定了葉片旋轉的速度。風以速度V吹向風輪時，風輪轉動。設旋轉著的風輪其掃掠面積為A，空氣密度為，Pw是理論計算的總風能，P是葉輪接收到的實際風能，Cp是風能利用率，因為風在經(jīng)過葉片后總還有速度，Cp不可能降到零，所以會有一個最大值，為0.59，這被稱為貝茲極限(Betz's limit),在1 s中內(nèi)流向風輪的空氣所具有的動能為
風輪功率與風輪直徑的平方成正比
風輪功率與風速的立方成正比
風輪功率與風輪功率系數(shù)成正比
一、風機結構
發(fā)電機：風電機組采用雙饋異步滑環(huán)發(fā)電機，主要組成部分有：定子、轉子、加熱器、抗磨滾珠軸承、冷卻和通風系統(tǒng)、滑環(huán)室、速度編碼器、溫度傳感器、端子接線盒等。
冷卻系統(tǒng)：齒輪箱、發(fā)電機、變頻柜的冷卻系統(tǒng)都是獨立的，溫度的監(jiān)控包括齒輪箱軸承、齒輪箱油、發(fā)電機線圈、發(fā)電機軸承，各個溫度監(jiān)測點都受控制系統(tǒng)的實時監(jiān)控，多余的熱量通過熱交換系統(tǒng)和空氣循環(huán)系統(tǒng)排除到機艙外。 齒輪箱：采用空-油冷卻方式；發(fā)電機：也采用空氣冷卻系統(tǒng)；變頻器：主要使用的REE變頻器采用空氣冷卻方式。
機艙：由機座和機艙罩組成，機座上安裝各主要裝置。機艙罩后部的上方裝有風速和風向傳感器，艙壁上有通風裝置等，底部與塔架相連。主要裝置由傳動系統(tǒng)、偏航系統(tǒng)、液壓系統(tǒng)、制動系統(tǒng)、發(fā)電機、控制與安全系統(tǒng)組成。?
風輪：獲得風中能量的關鍵部分，由葉片和輪轂組成。
傳動部分：①、動力傳動系統(tǒng)由如下部件組成：主軸、齒輪箱、聯(lián)軸器、主軸軸承、剎車盤、彈性支承；? ②、主軸是連接葉片和齒輪箱的傳動機構，用來支撐輪轂及葉片并傳遞轉矩到齒輪箱；③、聯(lián)軸器，主要用于軸與軸之間的聯(lián)接，并傳遞轉矩。用聯(lián)軸器聯(lián)接的兩根軸，只有在停機剎車后，經(jīng)過拆卸才能將之分離； ④、齒輪箱，是一個重要的機械部件，其主要作用是將風輪在風力作用下所產(chǎn)生的動力傳遞給發(fā)電機并使其得到相應的轉速。由于風輪的轉速低而發(fā)電機轉速高，為匹配發(fā)電機，要在低速的風輪軸與高速的發(fā)電機之間接一個增速器。對于低極對數(shù)發(fā)電機都是通過齒輪箱的增速作用來實現(xiàn)。發(fā)電機轉速與風輪轉速的比就是齒輪箱。
制動系統(tǒng)：變槳系統(tǒng)是機組的主要制動機構，除了變槳系統(tǒng)以外還有偏航制動、高速軸制動。
偏航系統(tǒng)主要由偏航軸承、偏航電機、偏航編碼器、偏航制動器等組成。其主要作用有三個： 一是與風力發(fā)電機組的控制系統(tǒng)相配合，調(diào)節(jié)整個機艙的對風向位置，根據(jù)風速儀和風標儀的傳感檢測，自動使風輪對準風向，以提高風力發(fā)電機組的發(fā)電效率；二是自動偏航過程中提供必要的周向阻尼力矩，以保證風力發(fā)電機組的安全運行。（對風過程的平穩(wěn)、防止豎直方向的運動）；三是為機組在扭纜達到限值時進行解纜，保護電纜不被扭斷。
?液壓站系統(tǒng)有兩個主控制回路：轉子制動回路和偏航剎車回路。系統(tǒng)正常工作壓力范圍在155～170（140～160）bar之間，系統(tǒng)壓力由電機泵組作為動力單元提供并由壓力傳感器來加以精確顯示，動力源的斷合利用壓力傳感器和電氣聯(lián)動控制來實現(xiàn)。
塔架：是支撐風力發(fā)電機的支架。發(fā)電機的動力電纜，控制、通信電纜都在其中。塔架內(nèi)有一個梯子從塔架底部延伸至機艙，塔架內(nèi)有多個中間平臺用于檢修。梯子裝有防跌落的安全裝置塔架下端安裝在地面，需做鋼筋混凝土結構的基礎，周圍有防雷擊接地系統(tǒng)。
防雷系統(tǒng)：風機是高于100m的建筑物，由合成材料制造的葉片和機艙決定了其不能經(jīng)受直接的雷電或者傳導閃電電流；葉片和機艙得轉動增加了風機防雷保護的難度；風機部件也可以將雷電流傳導到地面。以上說明風機的防雷保護系統(tǒng)有一定的特殊性，高層建筑物的防雷保護經(jīng)驗已經(jīng)不適用。對于直接雷擊通過在葉片內(nèi)部和機艙頂部安裝接受體和導體裝置，通過葉片軸承、主軸、齒輪箱和偏航軸承的放電裝置，以及機架、塔筒將雷電流傳導到大地，達到釋放雷電流的目的。
二、主控系統(tǒng)
主控系統(tǒng)分為塔基控制柜和機艙控制柜。主控制器 PLC 安裝于塔基柜內(nèi)，通過光纖與機艙柜進行通訊；控制柜內(nèi)都裝有功能擴展模塊對控制信號進行采集、處理；安裝有各種斷路器、浪涌保護器用于對內(nèi)外設備進行過電壓、過電流和防雷保護；配備有 UPS 不間斷電源，在電網(wǎng)掉電時保證主控制器能夠至少正常運行一個小時。
安全鏈獨立于 PLC 的 CPU 運行，當 CPU 出現(xiàn)故障時，安全系統(tǒng)保證機組在極端情況下的順利停機。
控制策略
（1）根據(jù)風速的變化，風輪可以在限定的任何轉速下運行。
（2）在額定功率以下，漿葉調(diào)到0°，最大限度地獲取能量。
（3）可靠、快速地變頻調(diào)節(jié)發(fā)電機功率及功率因素。
（4）三漿葉獨立的變漿傳動控制單元。
（5）完善的制動偏航功能。
風力發(fā)電機組的控制系統(tǒng)通過協(xié)調(diào)變槳系統(tǒng)、變頻器系統(tǒng)、發(fā)電機、傳動鏈等所有風機部件的動作，從而控制風力發(fā)電機組在各種模式下自動運行，機組共有 21 種不同的運行模式。
風力發(fā)電機組的安全系統(tǒng)由安全鏈組成，其優(yōu)先級大于安全系統(tǒng)中的計算機，在安全鏈中，傳感器斷路觸點以串聯(lián)方式連接，安全鏈包含的觸點有： 1) 塔基急停； 2) 機艙急停；3) 輪轂急停；(不再啟用) 4) 風輪超速； 5) 扭纜保護； 6) 振動超限； 7) PLC 監(jiān)視。?
如果觸發(fā)上述安全觸點任一個或多個，安全鏈都會斷開。當安全鏈斷開時，首先觸發(fā)空氣動力學制動，即葉片順槳，待發(fā)電機轉速小于 100rpm 時，觸發(fā)機械制動，使風輪保持靜止狀態(tài)，同時會切斷部分DO輸出，以此保證風力發(fā)電機組的安全。當安全鏈故障后恢復時，必須手動復位，不能進行遠程復位。
三、雙饋機組變流器
雙饋機組用變流器具備功率雙向流動功能，其功率通常為機組額定功率的 1/3。網(wǎng)側采用的是PWM (Pulse Width Modulation，脈沖寬度調(diào)制)整流技術，保持母線電壓恒定。轉子側變換器控制對象為雙饋發(fā)電機，控制發(fā)電機定子電量的頻率、幅值、相位、有功和無功功率，實現(xiàn)機組順利并網(wǎng)。
轉子這邊是起到對定子功率的調(diào)整作用，使用背靠背的IGBT進行交直交變換，按照運行要求調(diào)節(jié)轉子繞組電源的頻率、電壓、幅值和相位，使機組可以在不同的轉速下實現(xiàn)恒頻發(fā)電，滿足用電負載和并網(wǎng)的要求。通過注入變流器的轉子電流，變流器對機械頻率和電頻率之差進行補償。在正常運行和故障期間，發(fā)電機的運轉狀態(tài)由變流器及其控制器管理。變流器由兩部分組成: 轉子側變流器和電網(wǎng)側變流器，它們是彼此獨立控制的。電力電子變流器的主要原理是轉子側變流器通過控制轉子電流分量控制有功功率和無功功率，而電網(wǎng)側變流器控制直流母線電壓并確保變流器運行在統(tǒng)一功率因數(shù)(即零無功功率)。
電能是饋入轉子還是從轉子提取，取決于傳動鏈的運行條件。
在超同步狀態(tài)，電能從轉子通過變流器饋入電網(wǎng);（轉子轉速＞1500轉，轉子向電網(wǎng)饋能）
在欠同步狀態(tài)，電能反方向傳送。（轉子側變流器向電網(wǎng)吸收電能，然后調(diào)節(jié)勵磁電流頻率，達到恒頻效果）
在兩種情況( 超同步和欠同步)下,定子都向電網(wǎng)饋電。
雙饋機組用變流器主要功能是:
(1)根據(jù)電網(wǎng)電壓、電流和發(fā)電機的轉速來調(diào)節(jié)勵磁電流，精確地調(diào)節(jié)發(fā)電機輸出電壓，在指定的速度范圍內(nèi)將發(fā)電機與電網(wǎng)同步。
(2)調(diào)節(jié)勵磁電流的頻率可以在不同的轉速下實現(xiàn)恒頻發(fā)電，即變速恒頻運動，可以從能量最大利用等角度去調(diào)節(jié)轉速，提高發(fā)電機組的經(jīng)濟效益。
(3)調(diào)節(jié)勵磁電流的有功分量和無功分量，獨立調(diào)節(jié)發(fā)電機的有功功率和無功功率這樣不但可以調(diào)節(jié)電網(wǎng)的功率因數(shù)，補償電網(wǎng)的無功需求，還可以提高電力系統(tǒng)的靜態(tài)和動態(tài)性能。
(4)在電網(wǎng)故障時，能提供低電壓穿越功能（重要指標，現(xiàn)在風機必須具備此能力）
注：低電壓穿越:當電網(wǎng)故障或擾動引起風電場并網(wǎng)點的電壓跌落時，在電壓跌落的范圍內(nèi)，風電機組能夠不間斷并網(wǎng)運行。要實現(xiàn)風電機組的低電壓穿越，其關鍵是風電機組變流器保護和主控及槳距角控制的配合。實現(xiàn)雙饋式變速風電機組低電壓穿越能力的常用技術有兩種:一是在機組轉子與變流器之間增加一個旁路電路，故障時投入旁路電路將轉子側變流器短路，保證變流器避開過電流的沖擊，從而起到保護作用;二是在兩個變流器之間的直流環(huán)節(jié)加入能量泄放模塊，當檢測到直流電壓過高則觸發(fā)該模塊以泄放多余的不平衡能量。高電壓穿越：指當電壓超過額定電壓某一值時，掛網(wǎng)設備能夠不脫網(wǎng)運行，并提供相應的故障恢復電流。
四、變槳系統(tǒng)
????1、變槳控制系統(tǒng)是風力發(fā)電機組的核心部分之一，安裝在風力發(fā)電機組的輪轂內(nèi)，用于對風機葉片的定位和控制，起風開槳，制動閉槳增加阻力
????2、變槳系統(tǒng)包含 1 個中控箱和 3 個軸控箱，每個軸箱連接 1 臺電機、2 個限位開關和 2 個編碼器。
（1）中控箱
中控箱配備了雷電保護、主開關、電源濾波器、斷路器等器件，主要功能為連接外部電源、分配電源至三個軸控箱，執(zhí)行變槳系統(tǒng)和風機主控之間的通訊工作
（2）軸控箱?
軸控箱主要包括電源管理單元（PMM），軸控制單元（PMC），電池單元（PBS），如圖? 所示。電源管理單元確保電力供應和備用電池的充電管理，是變槳系統(tǒng)的核心部件。軸控制單元控制變槳驅動電機。電池單元可以保證當電網(wǎng)掉電時系統(tǒng)能正常工作。
（3）變槳電機
變槳系統(tǒng)通過變槳電機驅動變槳減速機帶動槳葉旋轉，實現(xiàn)變槳距的目的。機組根據(jù)不同的環(huán)境工況，可選用直流變槳電機或交流變槳電機，如圖所示，該變槳電機是一個三相交流感應電機。變槳電機具有獨立散熱風扇，能夠自動調(diào)節(jié)電機溫度；具有電熱調(diào)節(jié)器，達到電機線圈過熱保護；在電機停止運行期間根據(jù)需要進行加熱，并能在低溫環(huán)境-30℃（低溫型）或-10℃（常溫型）下能夠啟動運行。
（4）限位開關
限位開關用于控制槳葉運行的行程及限位保護，當槳葉運行到相應角度時就會觸碰限位開關，此時槳葉處于順槳位置。限位開關包括 91°限位開關（一級限位開關）和100°(95 ° )限位開關（二級限位開關）
（5）編碼器?
編碼器包括安裝在變槳電機尾部的電機編碼器A和安裝在變槳軸承處的槳葉編碼器B，電機編碼器直接測量變槳電機轉速，槳葉編碼器是用來測量風機葉片的轉速，變槳轉速信息將通過編碼器反饋回系統(tǒng)中。
五、偏航系統(tǒng)
風力發(fā)電機組的偏航系統(tǒng)主要由偏航軸承、偏航驅動器、偏航制動器以及潤滑泵、相關傳感器等輔助設備組成。
作用：一是與風力發(fā)電機組的控制系統(tǒng)相配合，調(diào)節(jié)整個機艙的對風向位置，根據(jù)風速儀和風標儀的傳感檢測，自動使風輪對準風向，以提高風力發(fā)電機組的發(fā)電效率；其二是自動偏航過程中提供必要的周向阻尼力矩，以保證風力發(fā)電機組的安全運行。（對風過程的平穩(wěn)、防止豎直方向的運動），其三是為機組在扭纜達到限值時進行解纜，保護電纜不被扭斷；
1、偏航軸承
偏航電機下面有一個小齒輪與大齒輪嚙合（偏航軸承），由偏航電機驅動。偏航軸承承載機組中主要部件的重量，并傳遞氣動推力到塔架，軸承中含有齒圈，偏航驅動機構中的小齒輪與之嚙合。風向總是變化的，為了捕獲最大的風能，必須每隔一段時間計算一次風向偏差，如果超過范圍，就要偏航對風。
2、偏航驅動器
驅動裝置由驅動電動機、減速器、傳動齒輪、齒輪間隙調(diào)整機構等組成。偏航驅動裝置要求起動平穩(wěn)，轉速均無振動現(xiàn)象 。
3、偏航制動器
偏航液壓剎車，用于偏航對風后固定機艙位置。安裝在機座偏航制動塊上液壓驅動，封閉式設計;通過卡鉗給制動盤一個制動力矩，以達到阻止制動盤轉動的目的。
4、風向儀、風速儀
六、傳動系統(tǒng)
1、傳動系統(tǒng)是風力發(fā)電機最重要的系統(tǒng)之一，它將葉輪系統(tǒng)低速旋轉的機械能經(jīng)過齒輪
箱加速傳給發(fā)電機轉變?yōu)殡娔埽峁┙o電網(wǎng)。主要組成零部件有：主軸組件、齒輪箱、高
速軸聯(lián)軸器、發(fā)電機。
2、注意事項
????傳動系統(tǒng)的維護和檢修工作，必須由廣東明陽風電產(chǎn)業(yè)集團有限公司技術人員或接受
????過廣東明陽風電產(chǎn)業(yè)集團有限公司培訓并得到認可的人員完成。
????在進行維護和檢修工作時，必須嚴格執(zhí)行《傳動系統(tǒng)檢修卡》上的每項內(nèi)容，必須認
????真填寫檢修記錄。
? ? 在進行維護和檢修前必須注意：
????◆所有操作必須嚴格遵守《MY2.0風力發(fā)電機組安全手冊》。
????◆如果環(huán)境溫度低于-20℃，不得進行維護和檢修工作。低溫型風力發(fā)電機,如果環(huán)
????境溫度低于-30℃，不得進行維護和檢修工作。
????◆如果超過下述的任何一個限定，必須立即停止工作，不得進行風輪的維護和檢修:
????（1）葉片位于工作位置和順槳位置之間的任何位置：
????①5分鐘平均值(平均風速) 10m/s
????②5秒平均值 (陣風速度)19m/s
????（2）葉片位于順槳位置(當葉輪鎖定裝置啟動時不允許變槳)：
????①5分鐘平均值(平均風速) 18m/s
????②5秒平均值 (陣風速度) 27m/s
3、重要提示：
????（1）對傳動系統(tǒng)進行任何維護和檢修，必須首先使風力發(fā)電機組停轉，高速軸制動器處
????于制動狀態(tài)并用主軸鎖定裝置鎖定風輪后方可進行檢修。
????（2）如特殊情況，需在風力發(fā)電機處于工作狀態(tài)或傳動系統(tǒng)轉動狀態(tài)下進行維護和檢修
????時（如檢查齒輪箱輪齒嚙合、電機噪音、振動等狀態(tài)時），必須確保有人守在緊急開關旁，
????可隨時按下開關，使系統(tǒng)停機。
? ?（3）更換的廢油脂必須統(tǒng)一回收處理，避免污染環(huán)境。
