研究風(fēng)力發(fā)電機(jī)組中的機(jī)械傳動技術(shù)應(yīng)用分析

李穎

（國電聯(lián)合動力技術(shù)有限公司，北京 100039）

研究風(fēng)力發(fā)電機(jī)組中的機(jī)械傳動技術(shù)應(yīng)用分析

李穎

（國電聯(lián)合動力技術(shù)有限公司，北京 100039）

風(fēng)能作為一種新型的能源，既不污染環(huán)境，又可以實(shí)現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展，因此，對風(fēng)能的研究與運(yùn)用具有重要的價值，一方面擴(kuò)大能源供應(yīng)的途徑，另一方面對環(huán)境保護(hù)也帶來積極意義?；诖?，通過分析風(fēng)力發(fā)電中的機(jī)組在機(jī)械傳動方面的技術(shù)，對當(dāng)前資源短缺問題的解決具有積極意義，希望更多的人能夠投身到風(fēng)力以及發(fā)電機(jī)組技術(shù)的研究中，找出更好的方式解決問題。

風(fēng)力發(fā)電機(jī)組；機(jī)械傳動技術(shù)；應(yīng)用；分析

風(fēng)能屬于綠色、清潔以及可再生的能源，在廣泛應(yīng)用中得到人們的高度重視以及關(guān)注，為了更加科學(xué)以及高效的利用風(fēng)力能源服務(wù)于人們的生產(chǎn)以及生活，需要加強(qiáng)對發(fā)電機(jī)組中機(jī)械傳動的技術(shù)研究，從而成功的把風(fēng)能高效地轉(zhuǎn)化為其他能源。本文從機(jī)械構(gòu)造、工作原理、技術(shù)等方面加以分析，不斷優(yōu)化機(jī)械的內(nèi)部系統(tǒng)，進(jìn)一步提升傳動的技術(shù)。

1　分析發(fā)電機(jī)組中機(jī)械傳動的技術(shù)構(gòu)造和原理

在分析發(fā)電機(jī)組的原理和構(gòu)造時，可以從如下三個方面著手，即傳動技術(shù)、風(fēng)力發(fā)電中的電源構(gòu)成以及偏航、變槳距的傳動技術(shù)。第一方面是傳動技術(shù)，它能夠改變風(fēng)力速度以及方向，從而使得風(fēng)力的傳動部件在設(shè)計(jì)以及配置方面需要更加重視質(zhì)量的要求，即體現(xiàn)出構(gòu)造簡單、傳輸穩(wěn)定以及最小化噪音的特點(diǎn)，這能夠使得風(fēng)力傳動中可以起到較好的吸振以及緩沖的作用，即使出現(xiàn)超載的情況，也只是單純在帶輪的表面打滑，對其他的零部件不會造成任何的磨損。比較常用的形式有兩種：一種是平帶傳動，另一種是V帶傳動。第二個方面是關(guān)于風(fēng)力的發(fā)電機(jī)組，它主要由支撐塔架、蓄電池組、卸荷器、逆變器以及蓄電池的充電器等組成，而對風(fēng)輪以及發(fā)動機(jī)的構(gòu)成要件，風(fēng)力的發(fā)電機(jī)組則是其中一個十分重要的技術(shù)，主要包含了風(fēng)輪中的車轂以及葉片等構(gòu)件，在葉片中可以對風(fēng)力實(shí)施旋轉(zhuǎn)而達(dá)到發(fā)電以及推動發(fā)電機(jī)進(jìn)行機(jī)頭轉(zhuǎn)動的目的，這一技術(shù)保證了開發(fā)中的環(huán)保性。因此，在目前的發(fā)展以及改進(jìn)中出現(xiàn)了繩帶傳動、齒輪傳動以及鏈傳動的技術(shù)，這些方式都極大提升了風(fēng)力發(fā)電的效率。第三是對偏航的問題，主要采用的是宣安光，為了能夠在實(shí)際應(yīng)用中獲得足夠風(fēng)能，需要將偏航機(jī)構(gòu)的位置設(shè)計(jì)在迎風(fēng)處，這有利于機(jī)械能夠及時地追蹤風(fēng)向變化。如果風(fēng)力機(jī)發(fā)生偏轉(zhuǎn)時，就需要偏航加速，從而產(chǎn)生較大的沖擊力距，使得偏航轉(zhuǎn)速與加速度之間形成正比，增加其中的沖擊力。

2　分析機(jī)組中的動力傳動技術(shù)

由于風(fēng)力自身的發(fā)電機(jī)組對環(huán)境的要求以及使用的情況較為特殊，因此，在動力傳輸技術(shù)方面，對傳動的裝置要嚴(yán)格要求。此外，由于風(fēng)力具有許多不確定性因素，從而會嚴(yán)重的影響風(fēng)力機(jī)組的穩(wěn)定性，其中比較常見的情況有：風(fēng)輪的變化多端以及異常載荷的情況，這會導(dǎo)致電網(wǎng)出現(xiàn)不穩(wěn)定的狀態(tài)，再者就是其中機(jī)艙的剛性不足，這會產(chǎn)生強(qiáng)烈的振動，而此時的傳動技術(shù)能夠在這方面發(fā)揮著重要作用。其主要的工作原理是：把風(fēng)力中的發(fā)電機(jī)組通過傳動鏈方式實(shí)施運(yùn)作，而其中在風(fēng)力的作用下，可以帶動其他葉輪的轉(zhuǎn)動，而葉輪和齒輪箱之間又可以將主軸的剛性連接起來，從而增加了帶動的發(fā)電機(jī)實(shí)施轉(zhuǎn)動，在風(fēng)力轉(zhuǎn)速較高時，發(fā)電機(jī)組可以在并網(wǎng)中實(shí)施發(fā)電。再者就是齒輪箱的內(nèi)部在承擔(dān)轉(zhuǎn)矩以外，彎矩以及軸向力等還需要其繼續(xù)發(fā)揮重要作用，此時需要通過齒輪箱的彈性支撐，達(dá)到吸收較大的沖擊轉(zhuǎn)矩，從而為風(fēng)輪實(shí)施傾覆性的力矩以及徑向力起著主要作用，前軸主要是起著支撐的作用，而后軸承則會將其中的載荷進(jìn)轉(zhuǎn)化為轉(zhuǎn)矩，這較好地保護(hù)了風(fēng)力中的齒輪箱。

3　分析直驅(qū)性的永磁型以及雙饋異步的風(fēng)力效率差異的原因

直驅(qū)性的永磁型發(fā)電機(jī)組具有良好的穩(wěn)定性，而其中的功率因數(shù)由于難以調(diào)節(jié)，因此需要把傳動的效率進(jìn)行提升，在實(shí)際的應(yīng)用中，它的效率沒有雙饋異步的風(fēng)力效果好，可以在較低的風(fēng)速區(qū)域時，直驅(qū)性的永磁型發(fā)電設(shè)備則具有明顯的優(yōu)勢，它能夠提供高效傳動，而由于二者在驅(qū)動鏈的結(jié)構(gòu)方面不同，其中雙饋異步的發(fā)電機(jī)組含有齒輪箱，因而對它的維護(hù)成本比較高。在電機(jī)的種類方面也不同，雙饋異步是電勵磁，而直驅(qū)永磁型屬于永磁性的，需要充分地考慮退磁的問題。此外，二者還在變流單元中不同，直驅(qū)永磁型的IGBT，單管的額定電流較大以及技術(shù)難度比較小，而雙饋異步IGBT，它單管的額定電流較小，實(shí)施的技術(shù)難度也較大，由此導(dǎo)致了它們在傳動效率方面存在差異。

4　風(fēng)力發(fā)電對電能頻率的控制問題

首先是風(fēng)力發(fā)電中由于會受到風(fēng)速的影響，如果出現(xiàn)不穩(wěn)定的情況，就會使得風(fēng)力機(jī)中的轉(zhuǎn)速難以有效控制，因此，需要采取有效的措施加以控制，目前，對發(fā)電機(jī)采用基本是三葉片或者是水平軸，額定的轉(zhuǎn)速大約是28r/min，這能夠較好地把風(fēng)力轉(zhuǎn)換為動能，在一些較為大型風(fēng)力的發(fā)電機(jī)組中，一般會采用的結(jié)構(gòu)形式是變槳距式，這可以起動之后增大對轉(zhuǎn)速的控制，使得風(fēng)力機(jī)能夠較好地起動一個性能和，從而使得功率的輸出能夠得到顯著的改善，較好地提高發(fā)電自動化的運(yùn)行速度。其次是對風(fēng)力機(jī)中的轉(zhuǎn)軸需要通過帶動風(fēng)力的發(fā)電機(jī)才能較好使得轉(zhuǎn)軸進(jìn)行旋轉(zhuǎn)，在風(fēng)力機(jī)的作用下，可以較好地在輸入風(fēng)能時出現(xiàn)改變或者是不穩(wěn)定的狀況，這需要通過一定的技術(shù)加以改進(jìn)，目前，在處理這部分問題時還需要根據(jù)實(shí)際的情況進(jìn)行控制，主要是由于在風(fēng)力發(fā)電中，需要采用的發(fā)電機(jī)組具有較大的體積，而且其重量也可能會達(dá)到幾十噸，因此，在工作中由于較大轉(zhuǎn)動的慣量，會使得風(fēng)力的發(fā)電機(jī)受到技術(shù)以及葉片材料所帶來的制約，從而影響了轉(zhuǎn)速，一般情況下的運(yùn)行速度為18～28r/min，再加上機(jī)組的容量較大，而轉(zhuǎn)速就會越低，為了解決這些問題，現(xiàn)在基本采用直驅(qū)式的發(fā)電機(jī)組，因?yàn)榘l(fā)電機(jī)中主要采用的是異步型的發(fā)電機(jī)，它的轉(zhuǎn)速一般會受到電網(wǎng)頻率的影響，所以它也只能在較小的范圍中加以同步變化。而對定槳距中的風(fēng)力而言，其發(fā)電機(jī)組會采用一個較高地差異步發(fā)電機(jī)以及雙饋的異步式發(fā)電機(jī)，通過這樣的方式可以使得機(jī)組運(yùn)行的范圍得到較好地增加，同時也使得風(fēng)能的系數(shù)獲得提高，進(jìn)而降低了發(fā)電機(jī)組中所帶來的噪聲。最后，如果直接采用帶有風(fēng)力機(jī)轉(zhuǎn)動的發(fā)電機(jī)而實(shí)施子旋轉(zhuǎn)，這會使得輸出的電能頻率和實(shí)際電網(wǎng)頻率在銜接方面出現(xiàn)問題，在風(fēng)力的發(fā)電機(jī)組中，可能會發(fā)出電能的頻率達(dá)不到50HZ，但未經(jīng)過處理的變頻電路，這就使得電能的質(zhì)量難以穩(wěn)定的提供電能。

在風(fēng)力的發(fā)電技術(shù)中，未來發(fā)展的一個重要趨勢是向著自動化系統(tǒng)的方向前進(jìn)，因此，在風(fēng)力的控制方面所出現(xiàn)的問題，需要進(jìn)一步優(yōu)化發(fā)電機(jī)組，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)對風(fēng)能的集中以及遠(yuǎn)程的控制，通過不斷地加強(qiáng)對電網(wǎng)的監(jiān)督、機(jī)組中的運(yùn)行參數(shù)統(tǒng)計(jì)等方式，有效保證電網(wǎng)能夠得到安全以及可靠的運(yùn)行，而對于風(fēng)力的發(fā)電系統(tǒng)，需要在此基礎(chǔ)上，增加一些例如傳感器的檢測儀器或者是技術(shù)，時刻的監(jiān)測來自不同風(fēng)向的風(fēng)速，使得風(fēng)力的發(fā)電能夠較好地應(yīng)對各種困難，進(jìn)而提高系統(tǒng)的安全性、穩(wěn)定性以及經(jīng)濟(jì)性。

5　結(jié)語

在多年的實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)中，對風(fēng)力的發(fā)電機(jī)組中機(jī)械傳動的技術(shù)進(jìn)行合理的分析與研究，從而使得風(fēng)能能源能夠得到高效的應(yīng)用。本文結(jié)合實(shí)踐工作情況，詳細(xì)地分析了當(dāng)前風(fēng)力的發(fā)電機(jī)組中，在機(jī)械傳動的技術(shù)中所采用的構(gòu)造以及工作原理，進(jìn)而有效地解決機(jī)組的動力傳動問題，然后對風(fēng)力中直驅(qū)的永磁型以及雙饋異步的傳動等，在效率方面的差異實(shí)施分析，從而為提升風(fēng)能的利用率帶來積極作用。

［1］ 蘇柏松，解大，婁宇成，等.隨機(jī)載荷激勵下的風(fēng)力發(fā)電機(jī)組首次穿越模型［J］.電力系統(tǒng)保護(hù)與控制，2015，01（16）：40-47.

［2］ 顧卓遠(yuǎn)，湯涌，劉文焯，等.雙饋風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的電磁暫態(tài)——機(jī)電暫態(tài)混合仿真研究［J］.電網(wǎng)技術(shù)，2015，03（05）：615-620.

［3］ 苗風(fēng)麟，施洪生，張小青.風(fēng)力發(fā)電機(jī)組多領(lǐng)域耦合模型及動態(tài)響應(yīng)分析［J］.中國電機(jī)工程學(xué)報(bào)，2015，04（05）：1704-1712.

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Research on application of mechanical drive technology in wind generating set

LI Ying
（State Power United Power TechnologyCo.，Ltd.，Beijing100039，China）

As a newtype of energy，wind can protect the environment and achieve sustainable development，therefore，the research and use of wind energy has important value，which can not only expand energy supplies but also protect environment.Wind power generating set in terms of mechanical drive technology has a positive sense to solve the current shortage of resources，hoping more people can devote to the study of wind and its generating set technology so as to find better way tosolve the problem.

Wind generatingset；Mechanical drive technology；Application；Analysis

TM315

B

1674-8646（2016）17-0044-02

2016-07-05