风电机组结构概述

轴柜与电池柜合并为 一个柜子。
(二)变速(变频)系统
对于目前几乎的所有变速型机组，无论是双馈型、半直驱型，还是直
驱型机组 ， 都毫不例外地使用了变频器 CFrequency Converter) .因此在现在
以及将来的一段时间内，变频器必将作为风力发电机组中发电机控制的关键设
备而长期存在。变频器，顾名思义就是对频率进行变换的器件 ， 它是机组中最 重要的电控设备之
24VDC 供电与信号电缆、通信电缆等。
而轮毅中的变桨电气柜一般为七柜式 : 三个轴柜，分别负责三个时片
的变桨电机的控制 ， 主要包含三个变桨电机和电磁刹车的驱动装置 ， 三个电池
柜，包含有三个时片在紧急情况下的顺桨供电电池 ， 一个变桨主控柜 ， 负责向
三个轴柜和三个电池柜供电 ， 并收集三个时片的相关信息。或者为四柜式将
(8) 刹车片厚度监测、刹车片温度检测 ，
小球 (Micon 600kW) 、振动摆锤 (G5X 850kW) 等 ，
( 0 ) 其它带辅助触点的
变送器 ，如超速监测棋块、振动监测棋块、过热保护模块 等。 4 、液压系统
液压系统是风力发电机组很重要的执行子 系统之一 ， 主控系统通过电
磁阀(包括 比例阀)以及压力传感器、压力继电器(压力开关)构成控制闭环 ，
机外转子(永磁体)相连接。
( 三 〉发电机
发电机是风力发电机组最重要的设备之一，是机电一体化的产物。从 机械角度看 ， 发电机的安装、对中、减震等都很重要。
(四〉液压系统
在风力发电机组中 ， 液压系统是机组重要的执行系统，从液压系统的
组成上来说， 它主要包括动力元刊 一二液压泵、执行元件一二液压缸和液压马 达、控制元件 各种控制阀 、 辅助元1'1 蓄能器和油箱等 :从液压的应用
主要包括以下部分发电机、并网装置、主断路器、变频器主回路等。
2 、机组与风场通信系统
机组通信系统主要是指轮载、 !Jlh甘、塔底之间的信息交换 ， 机组通信
都采用总线通讯方式。常用的通讯协议有 RS485 、 RS232 、 RS422 、 Profibus 、
Modbus 、 CAN 等 。
风场的通信是靠 SCADA 来实现的。 SCADA 是 Supe r visory
联轴器是连接传动轴 (driving shaft ， 指齿轮箱高速轴)和非传动轴
(dr i ven sha f t ，指发电机前轴)的弹性部啊。
对于直驱型机组 ， 其传ï;JJ系统由较大区别。以金风1. 5阳系列机组为 例 ，传ï;JJ系统比较特殊 ， 没有齿轮箱、联轴器 、 主轴等部件 ， 肾|轮直接与发电
四大部分之一。 变频器一般由专门的厂家设计生产，市场上也有许多成熟的产品 ， 例
， 因此本书将变频器系统作为风力发电机组电控系统中的
如龙源电气、清能华福、利得华福、 ABB 、 四门子、阿尔斯通 Alstom、 SEG 、艾 默生等公司都有产品。
( 三 〉主控系统 主控系统 CMa i n
般将变频器的柜体称作变频器柜 ， 或变频柜。
塔架与基础三大部分。
(七)电气柜体
电气柜体主要包含了机组的电气控制部件 ， 从机械角度来看 ，
电气柜
体的 #ZF、固定也非常重要。
(八〉其它附卡|
除了上述七大刊之外的其他部分，称为附料。如 :/!l/Jt}罩、爬梯、助爬
器、塔底支架等附属设备。
以上八个系统的主要机械件包括 : 时片、轮毅、变桨机构与变桨轴惑、 主轴与主轴承 、 齿轮箱 、 联轴器 、 机械刹车、偏航机构与偏航轴承、液压站结
上来说，液压系统主要包括高速轴(或低速轴)机械刹车、液压变桨、叫尖扰
流器控制、偏航阻尼控制等四个方丽。
(五〉偏航系统
偏航系统的机械部刊主要包括 : 偏航电机、偏航减速器、偏航驱动齿
轮、偏航轴承、偏航卡钳。其中偏航卡钳分为机械式偏航卡钳和液压式偏航卡
两种 ， 偏航轴承分为滑动轴承和滚动轴承两种。
(六〉支撑系统 机组的主要支撑刊构成机组的支撑系统 ， 主要包括 IJIA甘架(机架)、
器 ， 用于测量转速和位置 ， ( 4) 压力传感器 ，
(3) 光电感应式脉冲编码
(5) 加速度传感器 ， 一般用于
振Z;}J监测 ，
( 6) 电位器，又叫 变阻器 ，
( 7 ) 湿度传感器 ， 多用于湿控继电器:
(9) 测速发电机 ， 用于需转
(8) 行程开关 ， 如叶片的 0 ' 和 90 ' 限位开关 部件的速度测量 ，
Control System) . 顾名思义就是主要控制系统，是
由控制器 CPLC 、工控机等)、执行元刊、测量元 1'1 组成的系统。当前的风力发
电机组 ，
般都采用 PLC 作为主控的核心部件。 PLC. 即可编程逻辑控制器
CPr ogrammab l e Log i c Controller) 的英文缩写 ， 是当今工业控制中应用很广
Control And
Data ACQuisition 的英文缩写 ，即 监视控制与数据采集的意思。 SCAOA 系统的
应用领域很广 ， 主要应用于 电力系统、给水系统、石油、化工、铁路等的数据
采集与监视控制以及过程控制等诸多领域。在电力系统以及电气化铁道上又称
远动系统。 SCADA 系统是以计算机为基础的生产过程控制与调度自动化系统。
它可以对现场的运行设备进行监视和控制，以实现数据采集、设备控制、测量、 参数调节以及各类信号报警等各项功能。
SCADA 系统是 3C
CComput er . Control , Communication) 技术 融合的
产物 ，
目前 SCADA 技术已经发展到第四代。
3 、传感器系统
传感器是风力发电机组控制系统的耳目，控制器通过机组的传感器系
专用通信模块 ， 包含布各种通信协议和硬件接口 ， 比如以太网、 RS485 、 Prof i bus-DP 等通信模块 ， 可满足不同环境和厂家的需求。基于这些特点 . PLC
配以现场总线通讯 ， 非常适合于风力发 电机组上的应用。
风力发电机组的主要部何一般在却必内 ， 为了控制和检测这些部件 ，
以实现主控系统对液压系统的控制和监测。
目前 ， 风力发电机组中采用液压控制的机构有以下四个方而 = (1)机械刹车 ， 液压卡钳钳的控制。 5 、偏航系统 (2) 液压变桨 ， (3) 叫尖扰流器控制 ， ( 4 ) 偏航
从电控的角度看 ， 偏航系统是一个典型的随动控制系统 ， 主控通过接
触器、软起动器来控制偏航电机的正转 、 反转 ， 通过偏航传感器来检测偏航转
统感知各个位置、各个方面的信息 ， 并以此为依据进行计算 ， 然后向各执行机
构输出合适的动作量。 从原理上讲 ， 风力发电机组用到的传感器主要有 ，
包括 PTC (正温度系数)和 NTC (负温度系数)两种，
0) 混度传感器 ，
(2) 非接触磁电式脉冲
传感器，包括电容式和电感式两种 ， 用于测量转速
器 ， 以及扭揽保护行程开关 ，
齿轮箱油源、发电机绕组温度 、 I!lA时内外温度 、各电气柜体内温度、 IGBT 内核
温度、冷却媒体泪度、电池温度等 。 滤芯进口和出口泊压
继电器等 ，
(6) 压力测量
液压站油压测量 、齿轮箱
(7) 控制柜体内加热器和冷却风扇的温控继电器、 m控
(9) 振动开关，如振动
用于控制风力发电机组各处执行机构的接触器、断路器、熔断器、避 jJj器、继电器、电源模块 ， 以及各个地方的供配电设备 ， 一般都集中 安 装在电
气柜内 ， 风力发电机组的电气柜主要包括
顶部控制柜 、 底部控制柜 、 变频柜、
同步开关柜、各种配电柜、变桨内电气柜等，但是并非所有机组都含有以上柜 体。
构、机组润滑装置 、 归宿架、必必罩、塔架 、 基础等十四个部分。
构
二、电气结
如果说机械件是支撑起整个风力发电机组的筋骨 ， 那么电气件就组成 了整个机组的血液和神经系统。各个电气部件通过有机组合 ， 构成整个机组的
电气和控制系统 ， 简称电控系统。
风力发电机组的电气例分散于机组的各个部分 ， 从位置上来看 ， 电气
而对于液压变桨 ， 我们将它划归在主控部分的液压系统中。
对于电动变桨系统 ， 一般在轮毅中设置变桨电气柜来控制叫片的变桨
动作 ， 并检测时片角度及其它参数 ， 通过穿过中空的主轴的电缆(主轴电缆) 来实现轮毅与 IJL!itJ控制柜之间的能量和信息传递。为了便于叙述 ， 我们称穿过
主轴中心孔的电缆为主轴电缆，主轴电缆一般包含兰相 400VAC 供电电缆、
别进行描述。尽管变桨系统和变频系统也在 PLC 的控制和检测范围，但是变桨
系统与变频系统从控制上来说相对独立 ， 因此将二者从 主控系统 中 独立出来单
独讲解。
主控系统所包含的十五个棋块如下所示 =
1 、主 电路结构 主电路系统是风力发电机组的发电回路 ， 是大电流的流通回路，即发 电机的定转子到箱变接线端子之间的功率回路 ， 也称为风力发电机组的主回路，
件主要分散于 以下三个地方
Hale Waihona Puke ([)塔底即塔简内的底部 ，
般设置有支撑架 ，
即塔简顶
称之为塔底支架 ， 塔底支架用于放置各种电气柜和设备 ， 部 :/!lJJ iJ罩包围的部分 ， (3) 轮毅 =
(2) :/!l/，齿 。
即连接三 个阶|片和主轴的部件 ， 对于 电ï;JJ变
桨型机组的轮毅 ， 其中包含了用于变桨控制的各种电气件。
风电机组结构概述
风电机组 结 构概述
风力发电技术发展很快 ， 本人不揣浅陋，在此对风力发电机组的结构
略作概述。
风力发电机组的机械制 是指机组在各种允许的状态下 ， 始终不 带电的 零部件。相应地 ， 风力发电机组中 ， 在各种允许的状态下 ， 有可能带电的零部