1MW变速恒频风电机组--沈阳大学

        “兆瓦级变速恒频风电机组”是国家“863”计划重大课题，是完全由沈阳工业大学自主开发、国产率达到85%以上的首台国内兆瓦级风电机组。本机主要特色是：风机在变速条件下运行，采用全翼展变桨距功率调节，保持最高效率输出恒频恒压的高质量电能。

        1MW双馈式变速恒频风电机组技术特点、结构介绍
        沈阳工业大学承担的国家863计划“兆瓦级变速恒频风电机组”项目（编号：2001AA512022），2005年底，完成1MW双馈式变速恒频风电机组样机一台，国产化率达75%以上，并通过现场运行考核2000小时。为我国首台具有自主知识产权的大型国产兆瓦级风电机组。
        机组的主要优点有：变流器容量小，降低机组成本，容量越大优势越明显；变速范围宽，可以在同步速上下30%转速范围内运行；输出电能质量高，可以调节有功、无功功率输出，调节功率因数，起到电网无功补偿的作用。

 
SUT61-1000风电机组整机

 
SUT61-1000风电机组吊装

 
SUT61-1000风电机组装 

1．机组技术参数

总体技术参数		General Technical Data
额定功率	1000 kW	Rated power	1000 kW
制造厂商	沈阳工业大学风能技术研究所	Manufactory	Wind Energy Research Institute,Shenyang University of Technology
功率调节	变速变桨距	Power regulation	Variable speed and Pitch adjusted
切入风速	3.5 m/s	Cut-in wind speed	3.5 m/s
额定风速	12 m/s	Rated wind speed	12 m/s
切出风速	25 m/s	Cut-out wind speed	25 m/s
安全风速	70 m/s	Survival wind speed	70 m/s
风轮		Rotor
风轮直径	60.62 m	Rotor diameter	60.62 m
扫掠面积	2886 ㎡	Swept area	2886 ㎡
旋转方向	顺时针(顺风向看)	Rotational direction	Clockwise (look downwind)
倾角	50	Tile	50
锥角	00	Coning	00
转速范围	12～21.5 rpm	Rotational speed range	12～21.5 rpm
叶片数目	3	Blade number	3
叶片长度	29.1 m	Blade length	29.1 m
叶片材料	玻璃钢增强树脂	Blade material	Glass-fiber Reinforced Resin
齿轮箱		Gearbox
类型	一级行星齿轮/二级平行轴圆柱齿轮	Type	One stage planet and two stage parallel axis cylindrical gear
增速比	78.1579	Gear ratio	78.1579
刹车机构		Break system
气动刹车	叶片变距	Aerodynamic break	Pitch of blades
机械刹车	圆盘刹车，失效安全型	Mechanical break	Disc brake, fail safe
发电机		Generator
类型	双馈异步发电机	Type	Double fed asynchronous generator
额定功率	1000 kW	Rated power	1000 kW
转速	937～1680 rpm	Rotational speed	937～1680rpm
偏航系统		Yaw system
偏航控制	主动式偏航	Yaw control	Active yawing
偏航驱动	2台驱动电机	Yaw drive	Two drive motors
偏航刹车	液压圆盘刹车	Yaw break	Hydraulic disc break
塔架		Tower
类型	圆锥式管状钢塔	Type	Tubular steel
塔架高度	57.175 m	Tower height	57.175 m

2 机组技术特点

2.1 风轮
        在球墨铸铁轮毂上通过灵活的变桨距机构连接3个叶片，叶片翼型为NACA63XX，材料为玻璃钢增强聚酯(GRP)，叶片长度29.1m，带有防雷下引线，整个风轮直径60.62m，扫掠面积2886m2，叶尖与塔筒距离4.2m。

2.2 变桨距机构
        变桨距机构采用液压驱动同步盘式。采用一个或两个推动油缸安装在风轮主轴的内侧或两侧，一端与推动轴承的外环连接，而推动轴承的内环与推动杆连接，内环固定有键，随主轴一起转动，在风轮主轴上移动，推动杆另一端与同步盘通过螺栓连接，同步盘安装在导向杆上，并在导向杆上移动，导向杆固定配合在轮毂上，风轮主轴前端法兰盘与轮毂连接，推动轴一端固定在同步盘上，另一端装在连杆孔内，连杆的另一端内孔与关节轴承连接，而关节轴承的另一端与偏心盘内孔连接，安装有叶片的回转轴承固定在轮毂上。此变桨距结构简单，操作方便。
        当风速达到启动风速时，变距机构把叶片沿长轴旋转到升力最佳状态，使风轮达到最大捕获效率，额定风速之上，为了限制功率输出，变距机构把叶片向顺桨方向逐渐旋转，降低风轮气动效率，整个变距角度可达920，变距油缸最大行程932mm。

2.3 主轴与轴承
        法兰式高强度合金钢锻造的主轴前端与轮毂用高强度螺栓连接起来，主轴的后端与齿轮箱低速轴通过一种称为锁紧盘的联接件联接在一起。其使用寿命可达290000小时。

2.4 齿轮箱
        增速齿轮箱采用组合式一级行星/二级平行轴圆柱齿轮结构。进行优化设计后具有低噪声、高效率、硬齿面及高可靠性的优点。增速比为1:78.157。齿轮箱的两侧通过一种减振弹簧与机座连接，大大减缓传动装置的振动及噪声。由前支承及增速箱两侧支承组成的三点支承，负担了传动装置的整个支承作用。齿轮箱采用强制式润滑方式，保证了轴承及齿轮啮合的正常工作。润滑油是Mobil gear SHC XMP 320 美孚齿轮油，具有低温起动性能好、高温稳定性好及承载能力高的特点。

2.5 绕线转子异步发电机
        在本机组中，采用绕线转子异步发电机，发电机定子通过断路器与电网连接，发电机转子通过四象限变流器与电网连接，在机组变速运行过程中，发电机转速跟随风速的变化而变化，由变流器对转子励磁进行调节，保证定子侧同电网恒频恒压输出。同步速之下，转子励磁输入功率，定子侧输出功率，同步速之上，转子和定子侧都可输出功率，所以称为双馈运行。

2.6 偏航系统
        偏航系统是处于塔架与机舱之间的球型四点接触回转支承上。电动机是一种带弹簧制动器的并与电动机制成一体。减速器为立式四级高效齿轮减速器，端部小齿轮与回转支承的外齿圈啮合，通过两台减速电机驱动，实现偏航对风。偏航速率为0.4514°/s，偏航精度为±15°。机组带有解绕传感器。当电缆转绕2．5圈，风速在13m/s以下时，解缆。当电缆缠绕多达4圈时，能自动刹车并停机。

2.7 高速轴刹车装置
        除了气动刹车（变桨距系统）以外，本机组还装有一套弹簧加压，液压松闸的盘式制动器作为停机制动。该盘式制动器的连续动作是通过传感器监控的。盘式制动器位于高速轴，制动盘直径900mm，两台刹车钳，工作压力 120～140bar。

2.8 机舱底盘
        传动系统同所有部件一起安装在机舱罩内的机舱底盘上。由于采用了有限元分析方法进行结构设计，所以使复杂的焊接结构在最小重量的前提下获得很高的坚固性。在传动部件和机舱底盘之间使用了先进技术制作的高质量的减振元件（齿轮箱、发电机和机舱罩与机舱底盘之间的减震器），使噪音降低到了最低程度。

2.9 联轴器
        齿轮箱高速输出轴与发电机轴之间需要一种既能克服径向，
        轴向和角位移误差影响的，而且能传递较大扭矩的联轴器。本机组采用了先进的高性能的膜片式万向联轴器，它允许最大轴向偏差±8mm，最大角的偏差2度，最大径向偏差15mm，最大扭矩可达30000Nm。不仅如此，它还能在超载时实现打滑，确保机组免受破坏应力。

2.10液压系统
        一套高级的液压站为变距系统提供液压。此外，它还为强制启动的高速轴刹车系统和偏航制动系统的制动器提供所需要的液压。工作模式为失效安全型，为了使机组在任何情况下都处于安全的运行状态，液压系统中装有若干个独立的储油罐。油压通过控制系统进行计算和监控。

2.11本机控制系统
        控制系统主要由两部分组成，风机运行主控制器和变速恒频控制器，运行主控制器主要完成机组运行逻辑控制，如偏航、对风、解绕等，变桨距调节控制，另外还包括变桨距调节控制和变速恒频控制之间的协调控制。桨距调节的功能为控制叶片桨距角，在额定风速之下，保持最大风能捕获效率，在额定风速之上，限制功率输出。变速恒频控制的功能是保证上网电能质量，与电网同压、同频、同相输出，在额定风速之下，在最大升力桨距角位置，调节发电机、叶轮转速，保持最佳叶尖速比运行，达到最大风能捕获效率，在额定风速之上，配合变桨距机构，最大恒功率输出。
        小范围内的抑制功率波动，由变速恒频控制完成，大范围内的超功率由变桨距控制完成。

2.12塔架
        本机组的塔架是由两节塔筒制成。高强度低合金钢，而耐低温性能好。在塔架的制造过程中，焊缝采用超声波探伤，保证了焊接质量，塔筒的防腐保护，采用三层防腐涂料。塔架设计以人为本。在塔架内部装有三层用于休息的平台。爬梯位置和宽度适当，爬梯侧面装有跌落保护装置，塔架中装有照明灯。因此，在任何天气条件下都能轻易地攀登塔架。