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

風(fēng)力發(fā)電原理

原理是風(fēng)帶動(dòng)葉輪旋轉，葉輪帶動(dòng)發(fā)電機旋轉切割磁力線(xiàn)，將風(fēng)能轉換為機械能，機械能帶動(dòng)發(fā)電機轉子旋轉，最終產(chǎn)生電能。風(fēng)力發(fā)電包含陸上和海上風(fēng)電。

風(fēng)力發(fā)電系統介紹——系統組成和各部件功能

Anemometer 風(fēng)速計：

     測量風(fēng)速并將風(fēng)速數據傳輸給控制器

Blades 葉片：

      當風(fēng)吹過(guò)它們時(shí)，提升和旋轉，引起轉子旋轉。大多數風(fēng)機都有兩個(gè)或三個(gè)葉片。

Brake 制動(dòng)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(shí)（mph）的風(fēng)速啟動(dòng)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(shí)55英里的風(fēng)速運轉，因為它們可能會(huì )被強風(fēng)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(fā)電機發(fā)電所需的轉速。 齒輪箱是風(fēng)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(dòng)"發(fā)電機。

Generator 發(fā)電機 ：

       產(chǎn)生周期的交流電，它通常是現成的感應發(fā)電機。主流發(fā)電機類(lèi)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，直驅永磁同步感應發(fā)電機。

High-speed shaft 高速軸：

       驅動(dòng)發(fā)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(fā)電機，控制器和制動(dòng)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(huán)驅動(dòng)系統。渦輪主控制器根據一組條件（例如風(fēng)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到變槳系統。

Rotor 旋轉體：

        葉片和輪轂共同形成旋轉體。

Tower 風(fēng)塔：

       由管狀鋼，混凝土或鋼格制成。支撐渦輪的結構。
由于風(fēng)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(fēng)向標 :

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

Yaw System 偏航系統：

      調整迎風(fēng)渦輪機的方向，以使它們在風(fēng)向改變時(shí)始終面對風(fēng)。

Power Converter 變流器：

      主要功能是在轉子轉速n變化時(shí)，通過(guò)變流器控制勵磁的幅值、相位、頻率等，使定子側能向電網(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(jìn)行上述電力變換的技術(shù)稱(chēng)為變流技術(shù)。

Transformer 升壓站：

      安裝在風(fēng)塔底座，升壓站中的升壓變壓器功能是將風(fēng)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(fēng)塔升壓站，再次升壓到110KV或220KV后進(jìn)行并網(wǎng)電能分配。

風(fēng)力發(fā)電系統介紹——重點(diǎn)部件介紹

目前主流采用的發(fā)電機類(lèi)型有鼠籠式異步發(fā)電機（SCIG），雙饋式異步發(fā)電機（DFIG），直驅永磁同步發(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(fēng)電中的工作圖示

是指電動(dòng)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(chēng)之為鼠籠式異步發(fā)電機。電動(dòng)機在定子繞組加三相交流電后，會(huì )形成旋轉磁場(chǎng)，其轉子上的閉合的導條會(huì )因為切割定子磁場(chǎng)的磁力線(xiàn)而感應出電勢和電流，而通電的導體在磁場(chǎng)中就會(huì )受到安培力，從而驅動(dòng)轉子運動(dòng)。電動(dòng)機轉子就旋轉起來(lái)了。這就是鼠籠式三相異步電動(dòng)機的工作原理。

Soft starter 軟啟動(dòng)器（基于SCR可控硅整流器）：

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

By-pass 旁路開(kāi)關(guān)：

通過(guò)軟啟動(dòng)器完成穩定并網(wǎng)后，風(fēng)機系統通過(guò)旁路開(kāi)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(wú)功補償裝置，并網(wǎng)后立即并入無(wú)功補償裝置，提供功率因數至0.95以上。  

•DFIG 雙饋異步發(fā)電機在風(fēng)電中的工作圖示

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

工作原理：通過(guò)葉輪將風(fēng)能轉變?yōu)闄C械轉矩，通過(guò)主軸傳動(dòng)鏈，經(jīng)過(guò)齒輪箱增速到異步發(fā)電機轉速后，通過(guò)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(guò)發(fā)電機同步轉速，轉子也處于發(fā)電狀態(tài)，通過(guò)變流器向電網(wǎng)饋電。

雙饋發(fā)電機正是由葉片通過(guò)齒輪箱變速，帶動(dòng)以達到定子側輸出相對正弦波，同時(shí)額定轉速下，轉子側也能同時(shí)發(fā)出電流，已達到最大利用風(fēng)能效果。

•PMSG 直驅永磁同步發(fā)電機在風(fēng)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(chǎng)由永磁體而不是線(xiàn)圈提供。術(shù)語(yǔ)“同步"是指轉子和磁場(chǎng)以相同的速度旋轉的事實(shí)，磁場(chǎng)是通過(guò)安裝在軸上的永磁機構產(chǎn)生的，并且電流會(huì )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(fēng)機軸上，隨著(zhù)風(fēng)電機轉速的變化，永磁風(fēng)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(guò)并網(wǎng)開(kāi)關(guān)直接與電網(wǎng)連接，而轉子通過(guò)雙饋變流器（網(wǎng)側變流器，機側變流器）與電網(wǎng)連接。當風(fēng)速變化導致發(fā)電機轉速變化時(shí)，變流器通過(guò)控制轉子的勵磁電流頻率來(lái)改變轉子磁場(chǎng)的旋轉，使發(fā)電機的輸出電壓，頻率和電網(wǎng)保持一致。

    系統構成：

    配電柜實(shí)現變流器與電網(wǎng)，發(fā)電機定子的連接。內外部供電以及保護開(kāi)關(guān)設置。

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

    功率柜實(shí)現轉子轉差功率和電網(wǎng)的交換與傳輸，對轉子勵磁電流進(jìn)行控制，從而實(shí)現對定子電壓，頻率，有功和無(wú)功的控制。

    基本工作原理：

    發(fā)電機定子直接與變流器機側相連接，而變流器的網(wǎng)側與電網(wǎng)連接。發(fā)電機的全部功率都通過(guò)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。

    系統構成：

    變流器包含若干個(gè)子變流器系統，每個(gè)子變流器系統包括一個(gè)機側變換器和一個(gè)網(wǎng)側變換器。

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

      基本工作原理：

      風(fēng)向標作為傳感器將風(fēng)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(guò)比          較后處理器給偏航電機發(fā)出順時(shí)針或逆時(shí)針的偏航命令，為了減少偏航時(shí)的陀螺力矩，電機轉速將通過(guò)同軸聯(lián)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(dòng)風(fēng)輪偏航對風(fēng)，當對風(fēng)完成后，風(fēng)向標失去電信號，電機停止工作，偏航過(guò)程結束.

      變槳系統是閉環(huán)驅動(dòng)系統。風(fēng)機主控制器根據一組條件（如風(fēng)速，發(fā)電機轉速和發(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(shù)相配合，最終提高了整個(gè)風(fēng)力發(fā)電系統的發(fā)電效率和電能質(zhì)量。

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

     控制器還控制風(fēng)機內的大量開(kāi)關(guān)，液壓泵，閥門(mén)和電機等。

產(chǎn)品應用

工業(yè)產(chǎn)品風(fēng)電方案簡(jiǎn)介

瑞士CAMILLE BAUER公司作為一家儀表生產(chǎn)廠(chǎng)家，在風(fēng)力發(fā)電領(lǐng)域有著(zhù)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(xiàn)電能質(zhì)量分析等。

我們工業(yè)儀表在風(fēng)力發(fā)電系統中的主要應用如下：

發(fā)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(wǎng)在線(xiàn)電能質(zhì)量分析監測

我們工業(yè)儀表的風(fēng)電行業(yè)用戶(hù)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(wù)供應商等。

【推薦產(chǎn)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(xiàn)電能質(zhì)量分析監測PQ 產(chǎn)品系列等。

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