2021年10月17日-20日,2021北京國際風(fēng)能大會暨展覽會(CWP 2021)在北京新國展隆重召開。作為全球風(fēng)電行業(yè)年度最大的盛會之一,這場由百余名演講嘉賓和數(shù)千名國內(nèi)外參會代表共同參與的風(fēng)能盛會,再次登陸北京。
本屆大會以“碳中和——風(fēng)電發(fā)展的新機遇”為主題,歷時四天,包括開幕式、主旨發(fā)言、高峰對話、創(chuàng)新劇場以及關(guān)于“國際成熟風(fēng)電市場發(fā)展動態(tài)及投資機會”“國際新興風(fēng)電市場發(fā)展動態(tài)及投資機會”“風(fēng)電設(shè)備智能運維論壇”“碳達(dá)峰碳中和加速能源轉(zhuǎn)型”等不同主題的15個分論壇。能見App全程直播本次大會。
其中,10月19日海上風(fēng)電發(fā)展論壇隆重召開。東方電氣風(fēng)電有限公司變槳系統(tǒng)工程師楊愾出席會議并演講。
以下為發(fā)言全文:
楊愾:各位好,首先第一部分介紹一下東方電氣自研變槳系統(tǒng)的裝置,到現(xiàn)在為止,我們的產(chǎn)品線已經(jīng)實現(xiàn)從2兆瓦到10兆瓦,一方面實現(xiàn)變槳系統(tǒng)價格的大幅降低,而且還實現(xiàn)變槳系統(tǒng)可靠性穩(wěn)步提升。當(dāng)時在這個項目立項的時候,要開發(fā)一套能夠適用于10兆瓦機組,到底是采用電動變槳還是液壓變槳,這個困擾我們很久。
液壓變槳:主要由油缸、蓄能器、比例閥、電磁閥、位置傳感器等組成,液壓泵提供動力、液壓油作為傳遞介質(zhì),油缸活塞桿徑向運動→槳葉的圓周運動,
功率大、扭矩大、響應(yīng)快、可靠。
電動變槳:由伺服驅(qū)動器、變槳電機、控制器、后備電源及附件組成,以超級電容作為后備電源,變槳電機、減速箱、變槳軸承,能耗低、免維護(hù)。當(dāng)時我們在開發(fā)適用于10兆瓦變槳系統(tǒng)的時候,我們結(jié)合自己的需求,根據(jù)自己的實際情況綜合考慮,因為液壓變槳系統(tǒng)存在一個漏油的風(fēng)險,而且目前還是基本依賴于進(jìn)口。在我們國內(nèi),現(xiàn)在還沒有比較成熟的一個產(chǎn)業(yè)鏈,而且液壓變槳系統(tǒng)對安裝、維護(hù)的要求都比較高,而電動變槳在國內(nèi)相對來說應(yīng)用更加廣泛一點,并且有了比較成熟的產(chǎn)業(yè)鏈,這些配套也是比較成熟的,可以做到免維護(hù)設(shè)計。
另外一個方面,我們一直以來就是自研變槳系統(tǒng)的時候就是走的電動變槳系統(tǒng),我們積累了很多的經(jīng)驗,相關(guān)的技術(shù)也比較成熟。所以我們就基于這些原因,就決定在超大型的海上機組繼續(xù)采用電動變槳這樣一個技術(shù)路線。變槳系統(tǒng)在10兆瓦等級海上機組的應(yīng)用遇到了前所未有的挑戰(zhàn),如果我們繼續(xù)在超大型機組使用傳統(tǒng)的單驅(qū)變槳系統(tǒng)的話,首先第一個問題就會遇到處理過于集中的問題,第二個問題就是可能需要定制一些核心器件,當(dāng)時我們在開發(fā)這套雙驅(qū)變槳系統(tǒng)的時候,市場上沒有滿足這樣一些核心器件,所以我們就需要進(jìn)行電磁化的開發(fā)。因為沒有經(jīng)過市場充分驗證,就有很多的不確定性。第三個如果采用單驅(qū)系統(tǒng)可能維護(hù)比較困難,大家設(shè)想一下,如果更換重量達(dá)到300公斤甚至更大功率的變槳電機是非常困難的,基于這些原因,我們繼續(xù)在10兆瓦或者以上等級海上機組采用傳統(tǒng)單驅(qū)變槳系統(tǒng)就一點不合時宜了。針對剛才提到的這些問題,我們就提出了通過兩個電機共同處理驅(qū)動葉片進(jìn)行調(diào)整的雙驅(qū)方案。采用雙驅(qū)方案,第一個好處就是可以分散出力,單點受力可以有效降低斷齒的風(fēng)險,減緩軸承的磨損對軸承比較友好,可以延長變槳軸承的壽命。第二個就是如果采用雙驅(qū)方案之后,我們對單個變槳驅(qū)動器的功率就減少了,就可以應(yīng)用一些核心器件,從器件級降低系統(tǒng)風(fēng)險。第三個可維護(hù)性相對來說會高一點,因為當(dāng)我們的變槳系統(tǒng)核心器件功率需求變小之后,相應(yīng)的這些都會減小,維護(hù)起來會更加的方便。第四部分的內(nèi)容就是在雙驅(qū)變槳系統(tǒng)開發(fā)過程當(dāng)中,我們遇到了一些關(guān)鍵點給大家做一個簡要的分享。首先雙驅(qū)變槳系統(tǒng)最大的難點就是要實現(xiàn)兩個電機同步控制,保證兩個電機的同時出力,它有兩個驅(qū)動電源,變槳系統(tǒng)是工作在需要頻繁來回調(diào)槳的工作狀態(tài),如果兩個電機不能出現(xiàn)同步出力,它們就會打架較勁,會導(dǎo)致部分或者整個系統(tǒng)的過載。另外一個方面,其實兩個減速箱的小齒的齒縫也是時時變化的,有可能會出現(xiàn)打齒這樣的問題。所以我們開發(fā)了這套系統(tǒng),同軸兩個驅(qū)動器是主軸方式,主機可以工作在速度模式,兩個驅(qū)動機之間可以實現(xiàn)一毫秒實時通訊,結(jié)合完全自主開發(fā)的一個同步控制還有消息控制的算法來保證兩個電機的同步出力。
第二個要實現(xiàn)安全冗余功能,正常情況下,我們的從機能夠響應(yīng)主機的命令,高速準(zhǔn)確實現(xiàn)變槳動作。因為同軸有兩個驅(qū)動單元,一個驅(qū)動單元發(fā)生故障的時候,另外一個需要打開兩個電機的剎車,必須要保證兩個剎車同步動作才能實現(xiàn)這個功能。對于以前傳統(tǒng)的單電機驅(qū)動的變槳系統(tǒng),如果驅(qū)動器或者是變槳電機發(fā)生故障不能動作的時候,葉片就收不回去了,但是對于雙驅(qū)變槳系統(tǒng)就不存在這個問題。因為有兩個驅(qū)動單元,它只有當(dāng)兩個驅(qū)動單元同時失效的情況下,才會出現(xiàn)葉片不能受槳。第三解決系統(tǒng)復(fù)雜度提升的問題,一套系統(tǒng)結(jié)構(gòu)越復(fù)雜,器件越多,可靠性是隨之降低的。海上機組對變槳系統(tǒng)要求特別高,為了解決這個問題,我們就想了幾個辦法,優(yōu)化結(jié)構(gòu)布局,從設(shè)計上就讓變槳系統(tǒng)不至于變得過于復(fù)雜。第二個就是采用一個分布式IO的設(shè)計,我們把變槳系統(tǒng)里面的防雷模塊、潤滑系統(tǒng)這些外圍設(shè)備和變槳系統(tǒng)本體分開來設(shè)計。通過分布式IO方式進(jìn)行通訊,當(dāng)外圍設(shè)備發(fā)生故障的時候,可以減少對于本體的影響。第三個就是針對雙驅(qū)變槳系統(tǒng),我們設(shè)計了一套全新的故障分析方法,我們可以對很多信息、數(shù)據(jù)進(jìn)行備份,對于傳統(tǒng)的單電機有些故障必須要停機,但是雙驅(qū)系統(tǒng)可以利用備份的數(shù)據(jù)和信息。發(fā)生特定故障的時候,只發(fā)出一個報警信號就可以了,讓變槳系統(tǒng)持續(xù)不停地運行,提升機組的發(fā)電量,提升整個系統(tǒng)的可靠性。
第四要解決環(huán)境適應(yīng)性的問題,海上是一個高熱高濕高鹽霧的環(huán)境,對很多的機組來講有了密封設(shè)計這些,相對于陸上變槳系統(tǒng)來說,海上變槳系統(tǒng)工作環(huán)境相對比較惡劣一點。所以針對這個問題,我們的核心器件采用帶有防腐涂層的設(shè)計,最后一部分是雙驅(qū)變槳系統(tǒng)樣機測試和運行情況,我們這套系統(tǒng)在設(shè)計的時候,因為是沒有任何參考沒有任何標(biāo)準(zhǔn)的情況下,我們想要對這套系統(tǒng)的功能和性能都進(jìn)行一個嚴(yán)苛的測試。所以我們就設(shè)計了這么一套雙驅(qū)變槳系統(tǒng)的設(shè)計平臺,對這套系統(tǒng)進(jìn)行了第三方測試,經(jīng)過測試可以說性能和功能都完全滿足設(shè)計需求。
右邊這個圖是這套雙驅(qū)變槳系統(tǒng)的樣機,我們可以看到,同軸兩個電機地距絕對誤差可以控制在一流米,相對誤差不超過百分之一,可以說同步性是非常好的。我們這套雙驅(qū)變槳系統(tǒng)的樣機是在2020年實現(xiàn)了成功并網(wǎng),到目前為止也是唯一一套正在運行的系統(tǒng)。從2020年的7月,大概15個月的時間,我們這個系統(tǒng)一直都是保持無故障運行,我們已經(jīng)實現(xiàn)了批量交付。經(jīng)過15個月的運行之后,變槳軸承在零度位置附近與兩個減速箱小齒接觸最為頻繁,可能磨損最為嚴(yán)重的地方,我們看到從兩個驅(qū)動器磨損情況是基本一致的,沒有出現(xiàn)哪個地方或者磨損特別嚴(yán)重的情況下。所以整體運行情況是非常良好的,可以說這套雙驅(qū)變槳系統(tǒng)從設(shè)計到最后投運,不管是性能還是可靠性、穩(wěn)定性,整體都遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過我們的預(yù)期。雙驅(qū)變槳電動系統(tǒng),可以說是以后一個全新具有非常廣闊市場和應(yīng)用前景的變槳系統(tǒng)的解決方案。
我今天的分享就到此結(jié)束,謝謝大家!
(根據(jù)演講速記整理,未經(jīng)演講人審核)
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