李穎

（國電聯(lián)合動力技術有限公司，北京 100039）

研究風力發(fā)電機組中的機械傳動技術應用分析

李穎

（國電聯(lián)合動力技術有限公司，北京 100039）

風能作為一種新型的能源，既不污染環(huán)境，又可以實現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展，因此，對風能的研究與運用具有重要的價值，一方面擴大能源供應的途徑，另一方面對環(huán)境保護也帶來積極意義?；诖耍ㄟ^分析風力發(fā)電中的機組在機械傳動方面的技術，對當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力以及發(fā)電機組技術的研究中，找出更好的方式解決問題。

風力發(fā)電機組；機械傳動技術；應用；分析

風能屬于綠色、清潔以及可再生的能源，在廣泛應用中得到人們的高度重視以及關注，為了更加科學以及高效的利用風力能源服務于人們的生產(chǎn)以及生活，需要加強對發(fā)電機組中機械傳動的技術研究，從而成功的把風能高效地轉化為其他能源。本文從機械構造、工作原理、技術等方面加以分析，不斷優(yōu)化機械的內部系統(tǒng)，進一步提升傳動的技術。

1　分析發(fā)電機組中機械傳動的技術構造和原理

在分析發(fā)電機組的原理和構造時，可以從如下三個方面著手，即傳動技術、風力發(fā)電中的電源構成以及偏航、變槳距的傳動技術。第一方面是傳動技術，它能夠改變風力速度以及方向，從而使得風力的傳動部件在設計以及配置方面需要更加重視質量的要求，即體現(xiàn)出構造簡單、傳輸穩(wěn)定以及最小化噪音的特點，這能夠使得風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。第二個方面是關于風力的發(fā)電機組，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，而對風輪以及發(fā)動機的構成要件，風力的發(fā)電機組則是其中一個十分重要的技術，主要包含了風輪中的車轂以及葉片等構件，在葉片中可以對風力實施旋轉而達到發(fā)電以及推動發(fā)電機進行機頭轉動的目的，這一技術保證了開發(fā)中的環(huán)保性。因此，在目前的發(fā)展以及改進中出現(xiàn)了繩帶傳動、齒輪傳動以及鏈傳動的技術，這些方式都極大提升了風力發(fā)電的效率。第三是對偏航的問題，主要采用的是宣安光，為了能夠在實際應用中獲得足夠風能，需要將偏航機構的位置設計在迎風處，這有利于機械能夠及時地追蹤風向變化。如果風力機發(fā)生偏轉時，就需要偏航加速，從而產(chǎn)生較大的沖擊力距，使得偏航轉速與加速度之間形成正比，增加其中的沖擊力。

2　分析機組中的動力傳動技術

由于風力自身的發(fā)電機組對環(huán)境的要求以及使用的情況較為特殊，因此，在動力傳輸技術方面，對傳動的裝置要嚴格要求。此外，由于風力具有許多不確定性因素，從而會嚴重的影響風力機組的穩(wěn)定性，其中比較常見的情況有：風輪的變化多端以及異常載荷的情況，這會導致電網(wǎng)出現(xiàn)不穩(wěn)定的狀態(tài)，再者就是其中機艙的剛性不足，這會產(chǎn)生強烈的振動，而此時的傳動技術能夠在這方面發(fā)揮著重要作用。其主要的工作原理是：把風力中的發(fā)電機組通過傳動鏈方式實施運作，而其中在風力的作用下，可以帶動其他葉輪的轉動，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)電機實施轉動，在風力轉速較高時，發(fā)電機組可以在并網(wǎng)中實施發(fā)電。再者就是齒輪箱的內部在承擔轉矩以外，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，達到吸收較大的沖擊轉矩，從而為風輪實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轉化為轉矩，這較好地保護了風力中的齒輪箱。

3　分析直驅性的永磁型以及雙饋異步的風力效率差異的原因

直驅性的永磁型發(fā)電機組具有良好的穩(wěn)定性，而其中的功率因數(shù)由于難以調節(jié)，因此需要把傳動的效率進行提升，在實際的應用中，它的效率沒有雙饋異步的風力效果好，可以在較低的風速區(qū)域時，直驅性的永磁型發(fā)電設備則具有明顯的優(yōu)勢，它能夠提供高效傳動，而由于二者在驅動鏈的結構方面不同，其中雙饋異步的發(fā)電機組含有齒輪箱，因而對它的維護成本比較高。在電機的種類方面也不同，雙饋異步是電勵磁，而直驅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，直驅永磁型的IGBT，單管的額定電流較大以及技術難度比較小，而雙饋異步IGBT，它單管的額定電流較小，實施的技術難度也較大，由此導致了它們在傳動效率方面存在差異。

4　風力發(fā)電對電能頻率的控制問題

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

在風力的發(fā)電技術中，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，因此，在風力的控制方面所出現(xiàn)的問題，需要進一步優(yōu)化發(fā)電機組，進而實現(xiàn)對風能的集中以及遠程的控制，通過不斷地加強對電網(wǎng)的監(jiān)督、機組中的運行參數(shù)統(tǒng)計等方式，有效保證電網(wǎng)能夠得到安全以及可靠的運行，而對于風力的發(fā)電系統(tǒng)，需要在此基礎上，增加一些例如傳感器的檢測儀器或者是技術，時刻的監(jiān)測來自不同風向的風速，使得風力的發(fā)電能夠較好地應對各種困難，進而提高系統(tǒng)的安全性、穩(wěn)定性以及經(jīng)濟性。

5　結語

在多年的實踐經(jīng)驗中，對風力的發(fā)電機組中機械傳動的技術進行合理的分析與研究，從而使得風能能源能夠得到高效的應用。本文結合實踐工作情況，詳細地分析了當前風力的發(fā)電機組中，在機械傳動的技術中所采用的構造以及工作原理，進而有效地解決機組的動力傳動問題，然后對風力中直驅的永磁型以及雙饋異步的傳動等，在效率方面的差異實施分析，從而為提升風能的利用率帶來積極作用。

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

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

［3］ 苗風麟，施洪生，張小青.風力發(fā)電機組多領域耦合模型及動態(tài)響應分析［J］.中國電機工程學報，2015，04（05）：1704-1712.

［4］ 丁明，王冬君，韓平平，等.風力發(fā)電傳動系統(tǒng)通用化建模方法研究［J］.電網(wǎng)技術，2013，10（05）：2881-2887.

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