解析亨士樂編碼器在風力發(fā)電控制系統(tǒng)中的應用

1、風力發(fā)電的發(fā)展前景

風力發(fā)電作為一種利用風能的清潔能源，在環(huán)境保護方面發(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，中國擁有豐富而強大的風電場資源，已成為世界上最重要的風能市場，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)展機遇。我國風能資源豐富，理論儲量16億千瓦，實際可利用容量2.5億千瓦，發(fā)展?jié)摿薮?。同時，與風力發(fā)電相關的亨士樂編碼器被視為國家新能源發(fā)展規(guī)劃中的重點產業(yè)，因此我國的風力發(fā)電產業(yè)具有更廣闊的發(fā)展前景。


因此，風力發(fā)電近年來呈指數級增長。2008年，風力渦輪機的增長率受到GDP的影響，但也超過了80%，國產化率也超過了70%。風能產業(yè)要健康持續(xù)發(fā)展，必須完成產業(yè)體系建設和產業(yè)鏈建設。很多企業(yè)迅速開發(fā)了基于需求的編碼器產品路線和解決方案，并成功應用于許多風電場。

2、水平軸風力渦輪機的組成

基于風能的更高效收集和利用，目前風電行業(yè)主要使用水平軸風力渦輪機，其組成如右圖所示：

轉子葉片：捕捉風能并將其轉化為旋轉軸的旋轉能；

旋轉軸：將旋轉能量轉換為發(fā)電機的動能；

齒輪箱：用于提高轉子中心和發(fā)電機之間的軸的速度；

發(fā)電機：利用轉軸的旋轉能量，通過電磁原理發(fā)電；

偏航控制（未顯示）：移動轉子以與風對齊；

制動裝置：在電氣過載或系統(tǒng)故障的情況下停止軸的旋轉；

塔架：支撐轉子和電機外殼，提升整個機組的位置；

3、風力發(fā)電控制系統(tǒng)

作為風力發(fā)電領域的核心環(huán)節(jié)，風力發(fā)電系統(tǒng)的技術創(chuàng)新非常重要。目前，風力發(fā)電系統(tǒng)主要有兩種類型：恒速恒頻風力發(fā)電系統(tǒng)和變速恒頻風力發(fā)電系統(tǒng)。在風力發(fā)電中，當風力渦輪機連接到電網時，風力發(fā)電的頻率必須與電網的頻率相匹配，即H具有恒定的頻率。恒速恒頻是指在風力發(fā)電過程中，風車的速度（即發(fā)電機的速度）保持不變，以獲得恒定頻率的電力。在風力發(fā)電中，風車的轉速隨風速變化，通過其他控制方法獲得恒頻電能的方法稱為恒頻變速。

由于風能與風速的立方成正比，因此，如果風速在一定范圍內變化，并且允許風車以可變速度移動，就可以達到更好地利用風能的目的。風力機將風能轉化為機械能的效率可以用輸出功率系數CP來表示，CP在一定的風力機葉尖轉速比λ（葉尖轉速與風速之比）下達到最大值。恒速恒頻機組的風輪轉速保持不變，風速不斷變化。顯然，CP不能保持在最佳值。變速恒頻機組的特點是風車和發(fā)電機的速度可以在很大范圍內改變，而不影響輸出電功率的頻率。由于風車的轉速是可變的，通過適當的控制，風車的葉尖速比可以達到或接近最佳值，以最大限度地利用風能發(fā)電。因此，變速恒頻風力發(fā)電系統(tǒng)具有較高的風能利用系數，可以吸收風速突變引起的能量波動，避免主軸和傳動機構上的過大扭矩和過大應力，提高系統(tǒng)的功率因數。風力發(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電源的質量，因此需要測量發(fā)電機的轉速并反饋給控制器，以實現閉環(huán)控制。目前，對發(fā)電機轉速的檢測主要采用旋轉編碼器。同時，由于發(fā)電機功率大，會產生紋波電流。如果編碼器未與發(fā)電機隔離，紋波電流將引入編碼器，從而損壞編碼器。ECO公司EV88P系列編碼器采用獨特的機械設計理念，確保產品的抗振動和抗沖擊性。采用歐洲先進的電氣設計技術，確保產品在-40~85℃的溫度條件下可靠輸出，同時采用先進的絕緣處理技術，可有效防止軸電流對編碼器的損壞。EV88P系列編碼器以其優(yōu)異的性能和穩(wěn)定的運行，已成功應用于華北某風力發(fā)電廠，其在風電場的穩(wěn)定運行得到了客戶的認可。

4、風力發(fā)電變槳控制系統(tǒng)

從風力發(fā)電技術的發(fā)展來看，單臺風力發(fā)電機組的容量正在向大型化發(fā)展，兆瓦級風力發(fā)電機組已成為風力發(fā)電市場的主要產品。目前，大型風力發(fā)電機組普遍采用變槳距控制技術。變槳控制是控制葉片沿葉片縱軸旋轉，根據風速變化隨時調整迎角，控制風輪能量吸收，并保持一定的輸出功率。變槳距控制的優(yōu)點是可以保證高風速段的額定功率，功率在額定功率點上穩(wěn)定，在額定點具有更高的風能利用系數，提高了風機的啟動性能和制動性能，提高了風機的整體靈活性。減少整個機器和葉片上的應力。在并網過程中，俯仰控制器還可以實現快速、無沖擊的并網。變槳距控制系統(tǒng)與變速恒頻技術相結合，最終提高了整個風力發(fā)電系統(tǒng)的發(fā)電效率和電能質量。

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)行器和電動俯仰執(zhí)行器。其中，電機變槳執(zhí)行器采用電機控制葉片，結構緊湊，控制靈活，運行可靠。液壓執(zhí)行機構無非線性、漏油、卡阻等現象。電機變槳控制機構可以使用伺服電機單獨調整每個葉片。伺服電機通過驅動齒輪與螺旋槳輪轂的內環(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，然后對電機執(zhí)行負反饋PID閉環(huán)控制。

5、結論

風力發(fā)電技術日趨成熟，在可再生綠色能源開發(fā)領域占有突出地位，具有重要的開發(fā)利用價值。特別是在偏遠山區(qū)、牧區(qū)和島嶼，風力發(fā)電可以為當地居民的生活和生產提供清潔能源，緩解能源短缺。

過去，用戶和運營商更關注購買產品的價格：在整個生命周期內，維護成本占40%至70%，這主要取決于產品的質量。越來越多的風電用戶將注意力轉移到如何提高產品質量、提高可靠性和降低維護成本上。像愛科這樣一家技術積累和產品質量都很強的公司，可以豐富和完善中國的風電產業(yè)鏈，幫助風機制造商提高產品質量，將維護成本降到最低。