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(hù)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(qiáng)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(jī)遇。我國風(fēng)能資源豐富，理論儲(chǔ)量16億千瓦，實(shí)際可利用容量2.5億千瓦，發(fā)展?jié)摿薮?。同時(shí)，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(diǎn)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(jí)增長。2008年，風(fēng)力渦輪機(jī)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(jī)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(jī)，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(jī)的動(dòng)能；

齒輪箱：用于提高轉(zhuǎn)子中心和發(fā)電機(jī)之間的軸的速度；

發(fā)電機(jī)：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(dòng)轉(zhuǎn)子以與風(fēng)對(duì)齊；

制動(dòng)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(jī)外殼，提升整個(gè)機(jī)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(jī)連接到電網(wǎng)時(shí)，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(jī)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(dòng)，就可以達(dá)到更好地利用風(fēng)能的目的。風(fēng)力機(jī)將風(fēng)能轉(zhuǎn)化為機(jī)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(jī)葉尖轉(zhuǎn)速比λ（葉尖轉(zhuǎn)速與風(fēng)速之比）下達(dá)到最大值。恒速恒頻機(jī)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(jī)組的特點(diǎn)是風(fēng)車和發(fā)電機(jī)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(dá)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(dòng)，避免主軸和傳動(dòng)機(jī)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(jī)的轉(zhuǎn)速并反饋給控制器，以實(shí)現(xiàn)閉環(huán)控制。目前，對(duì)發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)速的檢測主要采用旋轉(zhuǎn)編碼器。同時(shí)，由于發(fā)電機(jī)功率大，會(huì)產(chǎn)生紋波電流。如果編碼器未與發(fā)電機(jī)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(dú)特的機(jī)械設(shè)計(jì)理念，確保產(chǎn)品的抗振動(dòng)和抗沖擊性。采用歐洲先進(jìn)的電氣設(shè)計(jì)技術(shù)，確保產(chǎn)品在-40~85℃的溫度條件下可靠輸出，同時(shí)采用先進(jìn)的絕緣處理技術(shù)，可有效防止軸電流對(duì)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(yùn)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(yùn)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(tái)風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的容量正在向大型化發(fā)展，兆瓦級(jí)風(fēng)力發(fā)電機(jī)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(jī)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(shí)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(diǎn)是可以保證高風(fēng)速段的額定功率，功率在額定功率點(diǎn)上穩(wěn)定，在額定點(diǎn)具有更高的風(fēng)能利用系數(shù)，提高了風(fēng)機(jī)的啟動(dòng)性能和制動(dòng)性能，提高了風(fēng)機(jī)的整體靈活性。減少整個(gè)機(jī)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(shí)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(gè)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(dòng)俯仰執(zhí)行器。其中，電機(jī)變槳執(zhí)行器采用電機(jī)控制葉片，結(jié)構(gòu)緊湊，控制靈活，運(yùn)行可靠。液壓執(zhí)行機(jī)構(gòu)無非線性、漏油、卡阻等現(xiàn)象。電機(jī)變槳控制機(jī)構(gòu)可以使用伺服電機(jī)單獨(dú)調(diào)整每個(gè)葉片。伺服電機(jī)通過驅(qū)動(dòng)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(duì)電機(jī)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(jià)值。特別是在偏遠(yuǎn)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(yùn)營商更關(guān)注購買產(chǎn)品的價(jià)格：在整個(gè)生命周期內(nèi)，維護(hù)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(hù)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(qiáng)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(jī)制造商提高產(chǎn)品質(zhì)量，將維護(hù)成本降到最低。