倫茨風電專用型驅動器助航風電

1 前言

在全球常規(guī)能源逐步走向枯竭、環(huán)保呼聲日漸高漲的背景下，開發(fā)利用清潔能源和可再生能源已成為全球能源界的共識。隨著節(jié)能等理念的推廣以及中國政府政策的引導，新能源在中國本土的需求將會逐漸加大，未來市場潛力不可小覷。

全球風電變槳系統(tǒng)市場主要品牌有：MOOG、SSB Wind System、ATECH、MitaTeknik、AMSC Windtec、Parker hannifin、Windurance LLC、Bosch Rexroth 和AVN Energy 等，從目前全球各國的風電發(fā)展趨勢來看，中國和美國已成為未來推動全球風電發(fā)展的主要推動力。然而以上品牌的變槳系統(tǒng)一般情況下均為客戶提供整體的解決方案。許多客戶，尤其是國內(nèi)的風電客戶基本上不可能從這些供應商的系統(tǒng)里得到核心的技術，無法積累經(jīng)驗以進一步進行研發(fā)和改造。基于這種原因，Lenze專門為那些期望擁有自有核心技術的風電客戶，通過為其提供核心元器件來幫助他們實現(xiàn)開發(fā)擁有自主知識產(chǎn)權變槳系統(tǒng)的愿望。

2 風力發(fā)電的原理

圖1 風力發(fā)電控制原理圖

從上圖中可以看出，風力發(fā)電就是通過傳感器獲得當前的風速和風向，然后主控系統(tǒng)根據(jù)內(nèi)部控制算法調(diào)節(jié)風機的方向以及槳葉的槳距，從而讓風機盡可能地保持可滿足發(fā)電功率的轉速，再通過發(fā)電系統(tǒng)及變壓器將風機發(fā)出的電能并網(wǎng)到電網(wǎng)。

在整個發(fā)電過程中，變槳系統(tǒng)又是整個系統(tǒng)的重中之重，其槳距控制的快速性、準確性將直接影響到風機的發(fā)電效率。所謂變槳系統(tǒng)，是指在工作風速范圍內(nèi)，依據(jù)風速的變化隨時調(diào)節(jié)槳距角，以控制吸收機械能。這樣一方面保證能夠獲取最大的機械能，同時減少風力對風機的沖擊，從而將風力轉換為電能。變槳系統(tǒng)主要包含輪轂、楔形盤、變槳軸承、變槳電機、變槳控制柜、后備電源柜、各種開關及撞塊等。

在整個變槳過程中，變槳驅動器除了要實時接收主控的角度及速度指令并快速準確地完成變槳距外，還需要對變槳系統(tǒng)進行安全鏈處理及部分邏輯控制，從而滿足高/低電壓穿越，后備電源切換等功能。

3 Lenze產(chǎn)品簡介

Lenze可為偏航系統(tǒng)、助爬系統(tǒng)、機艙冷卻系統(tǒng)及變槳系統(tǒng)提供相應的解決方案。針對風電行業(yè)，Lenze產(chǎn)品的主要特點如下：

(1)8400風電專用型驅動器：

● Lenze風電專用型(WindMotion)伺服驅動器，具備極寬的溫度適應范圍和抗振特性。該驅動器具有2xIn-3s的電流輸出特性，在減小體積、降低成本的同時還可充分發(fā)揮伺服電機的過載能力。

● 具備超寬的直流母線電壓輸入范圍，電壓可低至140VDC，可非常可靠地滿足低電壓穿越的技術要求。

● 采用專用的大型散熱器用于伺服驅動器的散熱，無須風扇，以提高系統(tǒng)可靠性。

● 風電專用型伺服驅動器具備開環(huán)電機控制功能，即使在電機反饋元件損壞的情況下也可以控制電機，實現(xiàn)緊急順槳。

● 風電專用型伺服驅動器內(nèi)置功能塊編程能力，可完成過去需要變槳專用PLC才能完成的變槳控制任務，用戶可以根據(jù)現(xiàn)場實際情況靈活修改變槳程序邏輯，伺服驅動器內(nèi)置CANOpen 標準通訊接口，并且在用戶需要時可以任意增加適配其他通訊協(xié)議的接口模塊(例如EtherCAT)。伺服驅動器將直接與主控系統(tǒng)進行通訊，并完成全部的運動控制和邏輯控制，省去變槳控制器，節(jié)省成本。

● 風電專用型伺服驅動器具備第二路反饋接口，可以連接SSI冗余編碼器，獲得槳葉的絕對位置，并可以將此位置值通過CAN通訊返回主控PLC。

● 風電專用型伺服驅動器可以在攝氏零下30度直接啟動。

(2)Lenze電機特點：

● 功率范圍廣泛/ 結構緊湊;

● 高效率、高過載能力、采用加強型軸承;

● 完美的定子封裝使電機能承受極端的振動條件，具有防腐涂層，動態(tài)響應高、轉動慣量低;

● AC電機可用于87Hz，轉速可達2500RPM，且在2500rpm轉速條件下，電機扭矩仍然不跌落。

4 Lenze風電變槳系統(tǒng)方案

Lenze風電變槳系統(tǒng)方案

在此方案中，Lenze提供變槳驅動器、變槳電機、擴展IO等核心元器件，客戶可以根據(jù)自己的變槳工藝需求靈活選擇相關的其它元器件，以滿足自己的核心變槳需求。

5 技術關鍵點

● Lenze可提供包含電機和驅動器的整體化解決方案，電機效能發(fā)揮得更好，故障率更低。

● Lenze只提供最具備技術優(yōu)勢的產(chǎn)品，客戶可根據(jù)Lenze提供的方案選擇市面上性價比最高的其它配套產(chǎn)品，客戶自主程度更高，更改靈活性更佳，方案擴展性更好。

● 變槳系統(tǒng)無需再單獨配置變槳PLC，驅動器本身就能完成核心的變槳運動控制功能、安全鏈控制邏輯、客戶自定義控制邏輯及一些簡單的算法，且編程環(huán)境完全開放，客戶可在Lenze開放的編程平臺上完全自主地研發(fā)自己的變槳程序。

● 如IO點不夠，Lenze變槳驅動器可提供第二路CAN接口，且可通過這路CAN接口擴展IO點。

6 發(fā)展趨勢

一直以來，風電的核心技術都掌握在外資巨頭手里，國內(nèi)企業(yè)很難掌握其核心技術，近幾年來，國家的政策支持對象也逐步由過去的注重發(fā)電轉向了注重扶持國內(nèi)風電設備制造。所以，現(xiàn)在及未來的一些年內(nèi)，完成對風電核心技術的消化吸收以及進一步發(fā)展，實現(xiàn)風電設備的自主化將是一項刻不容緩的任務。同時，隨著風電行業(yè)進入成熟期，成本要求也越來越苛刻。

Lenze專為那些擁有自有核心技術的風電客戶，通過為其提供核心元器件來幫助他們實現(xiàn)開發(fā)擁有自主知識產(chǎn)權變槳系統(tǒng)的愿望，為國內(nèi)風電廠家實現(xiàn)變槳系統(tǒng)成本的降低，自主化以及對核心技術的掌握提供了巨大便利。