并网型风力发电机组的原理和组成(2)

并网型风力发电机组由传动系统、偏航系统、液压系统与制动系统、发电机、控制与安全系统组成。

传动系统包括主轴、齿轮箱和联轴节。轮毂与主轴固定连接，将风轮的扭矩传递给齿轮箱。有的风力发电机组将主轴与齿轮箱的输入轴合为一体。大型风力发电机组风轮的转速一般在10－30r／min范围内，通过齿轮箱增速到发电机的问步转速1500r／min，（或1000r／min），经高速轴、联轴节驱动发电机旋转。

由于风向经常改变，如果风轮扫掠面和风向不垂直，则不但功率输出减少，而且承受的载荷更加恶劣。偏航系统的功能就是跟踪风向的变化，驱动机舱围绕塔架中心线旋转，使风轮扫掠面与风向保持垂直。风向标是偏航系统的传感器，将风向信号发给控制器，经过与风轮的方位进行比较后，发出指令给偏航电动机或液压马达，驱动小齿轮沿着与塔架顶部固定的大齿圈移动，经过偏航轴承使机舱转动，直到风轮对准风向后停止。机舱在反复调整方向的过程中，有可能发生沿着同一方向累计转了许多圈，造成机舱与塔底之间的电缆扭绞，因此偏航系统应具备解缆功能，机舱沿着同一方向累计转了若干圈后，必须反向回转，直到扭绞的电缆松开。偏航轴承分为滑动型和滚动型，有的具备自锁功能，有的设置强制制动，都应设置阻尼满足机舱转动时平稳不发生振动的要求。

液压系统主要是为油缸和制动器提供必要的驱动压力，有的强制润滑型齿轮箱亦需要液压系统供油。油缸主要是用于驱动定桨距风轮的叶尖制动装置或变桨距风轮的变距机构。液压站由电动机、油泵、油箱、过滤器、管路及各种液压阀等组成。

制动系统主要分为空气动力制动和机械制动两部分，有的风力发电机组只有机械制动。定桨距风轮的叶尖扰流器旋转约90°，或变桨距风轮处于顺桨位置均利用空气阻力使风轮减速或停止，属于空气动力制动。在主轴或齿轮箱的高速输出轴上设置的盘式制动器，属于机械制动。通常在运行时要让机组停机，首先采用空气制动，使风轮减速，再采用机械制动使使风轮停转。

发电机将风轮的机械能转换为电能，分为异步发电机和同步发电机两种。异步发电机的转速取决于电网的频率，只能在同步转速附近很小的范围内变化。当风速增加使齿轮箱高速输出轴转速达到异步发电机同步转速时，机组并入电网，向电网送电。风速继续增加，发电机转速也略为升高，增加输出功率。达到额定风速后，由于风轮的调节，稳定在额定功率不再增加。反之风速减小，发电机转速低于同步转速时，则从电网吸收电能，处于电动机状态，经过适当延时后应脱开电网。有的风力发电机组为了充分利用低风速时的风能，降低风轮转速，采用了可变极数的异步发电机，如从4极1500r／min变为6极1000r／min，但是这种发电机仍然可以看作是基本上恒定转速的。普通异步发电机结构简单，可以直接并入电网，无需同步调节装置，缺点是风轮转速固定后效率较低，而且在交变的风速作用下，承受较大的载荷。为了克服这些不足之处，相继开发出了高滑差异步发电机和变转速双馈异步发电机。