解析编码器在风力发电控制系统中的应用

解析亨士乐编码器在风力发电控制系统中的应用

1、风力发电的发展前景

风力发电作为一种利用风能的清洁能源，在环境保护方面发挥着越来越重要的作用，这在今天变得越来越重要。近年来，全球风能市场以每年40%以上的速度快速发展，中国拥有丰富而强大的风电场资源，已成为世界上最重要的风能市场，继欧美政府支持开发新能源之后，装备行业带来了发展机遇。我国风能资源丰富，理论储量16亿千瓦，实际可利用容量2.5亿千瓦，发展潜力巨大。同时，与风力发电相关的亨士乐编码器被视为国家新能源发展规划中的重点产业，因此我国的风力发电产业具有更广阔的发展前景。


因此，风力发电近年来呈指数级增长。2008年，风力涡轮机的增长率受到GDP的影响，但也超过了80%，国产化率也超过了70%。风能产业要健康持续发展，必须完成产业体系建设和产业链建设。很多企业迅速开发了基于需求的编码器产品路线和解决方案，并成功应用于许多风电场。

2、水平轴风力涡轮机的组成

基于风能的更高效收集和利用，目前风电行业主要使用水平轴风力涡轮机，其组成如右图所示：

转子叶片：捕捉风能并将其转化为旋转轴的旋转能；

旋转轴：将旋转能量转换为发电机的动能；

齿轮箱：用于提高转子中心和发电机之间的轴的速度；

发电机：利用转轴的旋转能量，通过电磁原理发电；

偏航控制（未显示）：移动转子以与风对齐；

制动装置：在电气过载或系统故障的情况下停止轴的旋转；

塔架：支撑转子和电机外壳，提升整个机组的位置；

3、风力发电控制系统

作为风力发电领域的核心环节，风力发电系统的技术创新非常重要。目前，风力发电系统主要有两种类型：恒速恒频风力发电系统和变速恒频风力发电系统。在风力发电中，当风力涡轮机连接到电网时，风力发电的频率必须与电网的频率相匹配，即H具有恒定的频率。恒速恒频是指在风力发电过程中，风车的速度（即发电机的速度）保持不变，以获得恒定频率的电力。在风力发电中，风车的转速随风速变化，通过其他控制方法获得恒频电能的方法称为恒频变速。

由于风能与风速的立方成正比，因此，如果风速在一定范围内变化，并且允许风车以可变速度移动，就可以达到更好地利用风能的目的。风力机将风能转化为机械能的效率可以用输出功率系数CP来表示，CP在一定的风力机叶尖转速比λ（叶尖转速与风速之比）下达到最大值。恒速恒频机组的风轮转速保持不变，风速不断变化。显然，CP不能保持在最佳值。变速恒频机组的特点是风车和发电机的速度可以在很大范围内改变，而不影响输出电功率的频率。由于风车的转速是可变的，通过适当的控制，风车的叶尖速比可以达到或接近最佳值，以最大限度地利用风能发电。因此，变速恒频风力发电系统具有较高的风能利用系数，可以吸收风速突变引起的能量波动，避免主轴和传动机构上的过大扭矩和过大应力，提高系统的功率因数。风力发电行业越来越受欢迎。

恒频变速控制的功能是保证并网电源的质量，因此需要测量发电机的转速并反馈给控制器，以实现闭环控制。目前，对发电机转速的检测主要采用旋转编码器。同时，由于发电机功率大，会产生纹波电流。如果编码器未与发电机隔离，纹波电流将引入编码器，从而损坏编码器。ECO公司EV88P系列编码器采用独特的机械设计理念，确保产品的抗振动和抗冲击性。采用欧洲先进的电气设计技术，确保产品在-40~85℃的温度条件下可靠输出，同时采用先进的绝缘处理技术，可有效防止轴电流对编码器的损坏。EV88P系列编码器以其优异的性能和稳定的运行，已成功应用于华北某风力发电厂，其在风电场的稳定运行得到了客户的认可。

4、风力发电变桨控制系统

从风力发电技术的发展来看，单台风力发电机组的容量正在向大型化发展，兆瓦级风力发电机组已成为风力发电市场的主要产品。目前，大型风力发电机组普遍采用变桨距控制技术。变桨控制是控制叶片沿叶片纵轴旋转，根据风速变化随时调整迎角，控制风轮能量吸收，并保持一定的输出功率。变桨距控制的优点是可以保证高风速段的额定功率，功率在额定功率点上稳定，在额定点具有更高的风能利用系数，提高了风机的启动性能和制动性能，提高了风机的整体灵活性。减少整个机器和叶片上的应力。在并网过程中，俯仰控制器还可以实现快速、无冲击的并网。变桨距控制系统与变速恒频技术相结合，最终提高了整个风力发电系统的发电效率和电能质量。

俯仰控制系统中有两种主要类型的执行器，液压俯仰执行器和电动俯仰执行器。其中，电机变桨执行器采用电机控制叶片，结构紧凑，控制灵活，运行可靠。液压执行机构无非线性、漏油、卡阻等现象。电机变桨控制机构可以使用伺服电机单独调整每个叶片。伺服电机通过驱动齿轮与螺旋桨轮毂的内环齿轮啮合，并直接控制螺旋桨的俯仰角。编码器将倾斜角度的变化反馈给控制器，然后对电机执行负反馈PID闭环控制。

5、结论

风力发电技术日趋成熟，在可再生绿色能源开发领域占有突出地位，具有重要的开发利用价值。特别是在偏远山区、牧区和岛屿，风力发电可以为当地居民的生活和生产提供清洁能源，缓解能源短缺。

过去，用户和运营商更关注购买产品的价格：在整个生命周期内，维护成本占40%至70%，这主要取决于产品的质量。越来越多的风电用户将注意力转移到如何提高产品质量、提高可靠性和降低维护成本上。像爱科这样一家技术积累和产品质量都很强的公司，可以丰富和完善中国的风电产业链，帮助风机制造商提高产品质量，将维护成本降到最低。