2022大兆瓦風(fēng)機(jī)變槳技術(shù)路線探討

Passion.Enthusiasm.Tenacity.大兆瓦風(fēng)機(jī)變槳技術(shù)路線探討2022年7月9日1Passion.Enthusiasm.Tenacity.大兆瓦風(fēng)機(jī)變槳技術(shù)路線探討2022年7月9日1業(yè)內(nèi)都在發(fā)展大兆瓦風(fēng)機(jī)隨著風(fēng)機(jī)功率的增大，葉片越來越長，整機(jī)越來越重，降載就顯得尤為重要。2廠家型號(hào)功率葉輪直徑葉片長度掃風(fēng)面積W/m2維斯塔斯V236-1515MW236m115m43742343西門子歌美颯SG14-222DD14MW222m108m39000359GEHaliade-X1313MW220m107m38000342業(yè)內(nèi)都在發(fā)展大兆瓦風(fēng)機(jī)隨著風(fēng)機(jī)功率的增大，葉片越來越長，整機(jī)越來越重，降載就顯得尤為重要。2廠家型號(hào)功率葉輪直徑葉片長度掃風(fēng)面積W/m2維斯塔斯V236-1515MW236m115m43742343西門子歌美颯SG14-222DD14MW222m108m39000359GEHaliade-X1313MW220m107m38000342波塞冬（Poseidon）風(fēng)場將安裝61臺(tái)20MW風(fēng)機(jī)項(xiàng)目范圍內(nèi)共61臺(tái)海上風(fēng)電機(jī)組，機(jī)組額定功率高達(dá)20MW，風(fēng)機(jī)高度為340波塞冬（Poseidon）風(fēng)場將安裝61臺(tái)20MW風(fēng)機(jī)項(xiàng)目范圍內(nèi)共61臺(tái)海上風(fēng)電機(jī)組，機(jī)組額定功率高達(dá)20MW，風(fēng)機(jī)高度為340米，轉(zhuǎn)子直徑為310米，風(fēng)場總?cè)萘繛?220MW。3挑戰(zhàn)----柔塔及長柔葉片 渦激振動(dòng)渦激振動(dòng)：流體流經(jīng)非流線型結(jié)構(gòu)物體時(shí)，結(jié)構(gòu)物兩側(cè)周期性交替發(fā)生脫落其表面的漩渦，流向和垂直于流向的橫向力，引發(fā)結(jié)構(gòu)物振動(dòng)，反過來又改變尾渦形式，這種流固耦合就是渦激振動(dòng)1940年11月美國塔科馬海峽吊橋NarrowsBridge）垮塌2020年5月5挑戰(zhàn)----柔塔及長柔葉片 渦激振動(dòng)渦激振動(dòng)：流體流經(jīng)非流線型結(jié)構(gòu)物體時(shí)，結(jié)構(gòu)物兩側(cè)周期性交替發(fā)生脫落其表面的漩渦，流向和垂直于流向的橫向力，引發(fā)結(jié)構(gòu)物振動(dòng)，反過來又改變尾渦形式，這種流固耦合就是渦激振動(dòng)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(fēng)電機(jī)組壽命“終結(jié)者”4挑戰(zhàn)----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(zhuǎn)頻（1P），塔筒高度增加，頻率降低；長期運(yùn)行于該轉(zhuǎn)速下，激勵(lì)頻率與固有頻率產(chǎn)生共振，極大增加塔架及各部件的載荷，降低其壽命風(fēng)機(jī)激勵(lì)頻率與固有頻率關(guān)系（圖片來自網(wǎng)絡(luò)）5挑戰(zhàn)----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(zhuǎn)頻（1P），塔筒高度增加，頻率降低；長期運(yùn)行于該轉(zhuǎn)速下，激勵(lì)頻率與固有頻率產(chǎn)生共振，極大增加塔架及各部件的載荷，降低其壽命風(fēng)機(jī)激勵(lì)頻率與固有頻率關(guān)系（圖片來自網(wǎng)絡(luò)）5對(duì)變槳帶來的新挑戰(zhàn) 降低載荷7抗渦激振動(dòng)算法---載荷偏置獨(dú)立變槳及準(zhǔn)獨(dú)立變槳---對(duì)變槳?jiǎng)幼饕蟮乃惴ń档图跋[---對(duì)變槳?jiǎng)幼饕蟮乃惴ū荛_共振區(qū)---對(duì)變槳?jiǎng)幼饕蟮乃惴ǜ罅氐淖儤儤焖俚捻憫?yīng)雙驅(qū)及多驅(qū)變槳測量扭擺，消除扭擺更高的安全性及可靠性遠(yuǎn)程診斷及升級(jí)消除渦激振動(dòng)降低切變及湍流載荷降低及消除扭擺對(duì)變槳帶來的新挑戰(zhàn) 降低載荷7抗渦激振動(dòng)算法---載荷偏置獨(dú)立變槳及準(zhǔn)獨(dú)立變槳---對(duì)變槳?jiǎng)幼饕蟮乃惴ń档图跋[---對(duì)變槳?jiǎng)幼饕蟮乃惴ū荛_共振區(qū)---對(duì)變槳?jiǎng)幼饕蟮乃惴ǜ罅氐淖儤儤焖俚捻憫?yīng)雙驅(qū)及多驅(qū)變槳測量扭擺，消除扭擺更高的安全性及可靠性遠(yuǎn)程診斷及升級(jí)消除渦激振動(dòng)降低切變及湍流載荷降低及消除扭擺避開共振區(qū)支持更大的風(fēng)機(jī)功率及更大的葉輪直徑變槳技術(shù)：協(xié)同變槳和獨(dú)立變槳8隨著風(fēng)電機(jī)組不斷大型化，葉片長度的不斷增大，由風(fēng)剪切、塔影效應(yīng)和湍流風(fēng)況等因素導(dǎo)致的風(fēng)電機(jī)組的葉片載荷、輪轂載荷、塔筒載荷也隨之增大。獨(dú)立變槳控制系統(tǒng)增加了葉片載荷反饋回路，并將載荷數(shù)據(jù)作為輸入量，在實(shí)現(xiàn)功率控制的同時(shí)，降低了風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的載荷。獨(dú)立變槳控制系統(tǒng)將成為今后大型風(fēng)力發(fā)電機(jī)變槳控制的主要方式。協(xié)同變槳：三套獨(dú)立的變槳執(zhí)行機(jī)構(gòu)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(fēng)切變、塔影、偏航誤差、風(fēng)湍流等因素會(huì)使風(fēng)輪掃風(fēng)面內(nèi)的風(fēng)速分布不均衡，這種不均衡會(huì)使大型風(fēng)力機(jī)的葉輪產(chǎn)生不均衡載荷。葉輪上的不均衡載荷會(huì)給變槳軸承、輪轂、主軸、偏航系統(tǒng)、塔架等風(fēng)機(jī)關(guān)鍵部件造成很大疲勞載荷。將成為影響整機(jī)部件疲勞損壞的主要因素，影響風(fēng)電機(jī)組的壽命。變槳技術(shù)：協(xié)同變槳和獨(dú)立變槳8隨著風(fēng)電機(jī)組不斷大型化，葉片長度的不斷增大，由風(fēng)剪切、塔影效應(yīng)和湍流風(fēng)況等因素導(dǎo)致的風(fēng)電機(jī)組的葉片載荷、輪轂載荷、塔筒載荷也隨之增大。獨(dú)立變槳控制系統(tǒng)增加了葉片載荷反饋回路，并將載荷數(shù)據(jù)作為輸入量，在實(shí)現(xiàn)功率控制的同時(shí)，降低了風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的載荷。獨(dú)立變槳控制系統(tǒng)將成為今后大型風(fēng)力發(fā)電機(jī)變槳控制的主要方式。協(xié)同變槳：三套獨(dú)立的變槳執(zhí)行機(jī)構(gòu)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(fēng)切變、塔影、偏航誤差、風(fēng)湍流等因素會(huì)使風(fēng)輪掃風(fēng)面內(nèi)的風(fēng)速分布不均衡，這種不均衡會(huì)使大型風(fēng)力機(jī)的葉輪產(chǎn)生不均衡載荷。葉輪上的不均衡載荷會(huì)給變槳軸承、輪轂、主軸、偏航系統(tǒng)、塔架等風(fēng)機(jī)關(guān)鍵部件造成很大疲勞載荷。將成為影響整機(jī)部件疲勞損壞的主要因素，影響風(fēng)電機(jī)組的壽命。協(xié)同變槳和獨(dú)立變槳9動(dòng)變槳系統(tǒng)可利用率的重要性逐漸提高。較于協(xié)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(dòng)幅度。通過振動(dòng)分析比較，由于振動(dòng)載荷激勵(lì)得到有效降低,通過獨(dú)立變槳，系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的各項(xiàng)振動(dòng)可以提高設(shè)備可靠性，延長設(shè)備使用壽命。獨(dú)立變槳控制（Individualpitchcontrol，簡稱“IPC”）：是指根據(jù)各個(gè)葉片的協(xié)同變槳和獨(dú)立變槳9動(dòng)變槳系統(tǒng)可利用率的重要性逐漸提高。較于協(xié)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(dòng)幅度。通過振動(dòng)分析比較，由于振動(dòng)載荷激勵(lì)得到有效降低,通過獨(dú)立變槳，系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的各項(xiàng)振動(dòng)可以提高設(shè)備可靠性，延長設(shè)備使用壽命。獨(dú)立變槳控制