Passion.Enthusiasm.Tenacity.大兆瓦風機變槳技術路線探討2022年7月9日1Passion.Enthusiasm.Tenacity.大兆瓦風機變槳技術路線探討2022年7月9日1業內都在發展大兆瓦風機隨著風機功率的增大，葉片越來越長，整機越來越重，降載就顯得尤為重要。2廠家型號功率葉輪直徑葉片長度掃風面積W/m2維斯塔斯V236-1515MW236m115m43742343西門子歌美颯SG14-222DD14MW222m108m39000359GEHaliade-X1313MW220m107m38000342業內都在發展大兆瓦風機隨著風機功率的增大，葉片越來越長，整機越來越重，降載就顯得尤為重要。2廠家型號功率葉輪直徑葉片長度掃風面積W/m2維斯塔斯V236-1515MW236m115m43742343西門子歌美颯SG14-222DD14MW222m108m39000359GEHaliade-X1313MW220m107m38000342波塞冬（Poseidon）風場將安裝61臺20MW風機項目范圍內共61臺海上風電機組，機組額定功率高達20MW，風機高度為340波塞冬（Poseidon）風場將安裝61臺20MW風機項目范圍內共61臺海上風電機組，機組額定功率高達20MW，風機高度為340米，轉子直徑為310米，風場總容量為1220MW。3挑戰----柔塔及長柔葉片 渦激振動渦激振動：流體流經非流線型結構物體時，結構物兩側周期性交替發生脫落其表面的漩渦，流向和垂直于流向的橫向力，引發結構物振動，反過來又改變尾渦形式，這種流固耦合就是渦激振動1940年11月美國塔科馬海峽吊橋NarrowsBridge）垮塌2020年5月5挑戰----柔塔及長柔葉片 渦激振動渦激振動：流體流經非流線型結構物體時，結構物兩側周期性交替發生脫落其表面的漩渦，流向和垂直于流向的橫向力，引發結構物振動，反過來又改變尾渦形式，這種流固耦合就是渦激振動1940年11月美國塔科馬海峽吊橋NarrowsBridge）垮塌2020年5月5（1997年投入使用）風電機組壽命“終結者”4挑戰----柔塔及長柔葉片 共振共振：柔塔的自身一階固有頻率下降到小于等于葉輪轉頻（1P），塔筒高度增加，頻率降低；長期運行于該轉速下，激勵頻率與固有頻率產生共振，極大增加塔架及各部件的載荷，降低其壽命風機激勵頻率與固有頻率關系（圖片來自網絡）5挑戰----柔塔及長柔葉片 共振共振：柔塔的自身一階固有頻率下降到小于等于葉輪轉頻（1P），塔筒高度增加，頻率降低；長期運行于該轉速下，激勵頻率與固有頻率產生共振，極大增加塔架及各部件的載荷，降低其壽命風機激勵頻率與固有頻率關系（圖片來自網絡）5對變槳帶來的新挑戰 降低載荷7抗渦激振動算法---載荷偏置獨立變槳及準獨立變槳---對變槳動作要求的算法降低及消除扭擺---對變槳動作要求的算法避開共振區---對變槳動作要求的算法更大力矩的變槳變槳快速的響應雙驅及多驅變槳測量扭擺，消除扭擺更高的安全性及可靠性遠程診斷及升級消除渦激振動降低切變及湍流載荷降低及消除扭擺對變槳帶來的新挑戰 降低載荷7抗渦激振動算法---載荷偏置獨立變槳及準獨立變槳---對變槳動作要求的算法降低及消除扭擺---對變槳動作要求的算法避開共振區---對變槳動作要求的算法更大力矩的變槳變槳快速的響應雙驅及多驅變槳測量扭擺，消除扭擺更高的安全性及可靠性遠程診斷及升級消除渦激振動降低切變及湍流載荷降低及消除扭擺避開共振區支持更大的風機功率及更大的葉輪直徑變槳技術：協同變槳和獨立變槳8隨著風電機組不斷大型化，葉片長度的不斷增大，由風剪切、塔影效應和湍流風況等因素導致的風電機組的葉片載荷、輪轂載荷、塔筒載荷也隨之增大。獨立變槳控制系統增加了葉片載荷反饋回路，并將載荷數據作為輸入量，在實現功率控制的同時，降低了風力發電機組的載荷。獨立變槳控制系統將成為今后大型風力發電機變槳控制的主要方式。協同變槳：三套獨立的變槳執行機構得到的是同樣的位置指令，不能降低葉輪上的不均衡載荷。風切變、塔影、偏航誤差、風湍流等因素會使風輪掃風面內的風速分布不均衡，這種不均衡會使大型風力機的葉輪產生不均衡載荷。葉輪上的不均衡載荷會給變槳軸承、輪轂、主軸、偏航系統、塔架等風機關鍵部件造成很大疲勞載荷。將成為影響整機部件疲勞損壞的主要因素，影響風電機組的壽命。變槳技術：協同變槳和獨立變槳8隨著風電機組不斷大型化，葉片長度的不斷增大，由風剪切、塔影效應和湍流風況等因素導致的風電機組的葉片載荷、輪轂載荷、塔筒載荷也隨之增大。獨立變槳控制系統增加了葉片載荷反饋回路，并將載荷數據作為輸入量，在實現功率控制的同時，降低了風力發電機組的載荷。獨立變槳控制系統將成為今后大型風力發電機變槳控制的主要方式。協同變槳：三套獨立的變槳執行機構得到的是同樣的位置指令，不能降低葉輪上的不均衡載荷。風切變、塔影、偏航誤差、風湍流等因素會使風輪掃風面內的風速分布不均衡，這種不均衡會使大型風力機的葉輪產生不均衡載荷。葉輪上的不均衡載荷會給變槳軸承、輪轂、主軸、偏航系統、塔架等風機關鍵部件造成很大疲勞載荷。將成為影響整機部件疲勞損壞的主要因素，影響風電機組的壽命。協同變槳和獨立變槳9動變槳系統可利用率的重要性逐漸提高。較于協同變槳載荷的平均值雖然沒有太大變化，但極大地降低了波動幅度。通過振動分析比較，由于振動載荷激勵得到有效降低,通過獨立變槳，系統結構的各項振動可以提高設備可靠性，延長設備使用壽命。獨立變槳控制（Individualpitchcontrol，簡稱“IPC”）：是指根據各個葉片的協同變槳和獨立變槳9動變槳系統可利用率的重要性逐漸提高。較于協同變槳載荷的平均值雖然沒有太大變化，但極大地降低了波動幅度。通過振動分析比較，由于振動載荷激勵得到有效降低,通過獨立變槳，系統結構的各項振動可以提高設備可靠性，延長設備使用壽命。獨立變槳控制