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1、1大兆瓦风机变桨系统未来技术路线2023年03月02日Passion.Enthusiasm.Tenacity.2019 Nidec Industrial Solutions.All rights reserved.Information contained in this document is provided without liability for information purposes only and is subject to change without notice.No representation or warranty is given or to be implie

2、d as to the completeness of information or fitness for any particular purpose.Reproduction,use or disclosure to third parties,without express written authority,is strictly prohibited.2业内都在发展大兆瓦风机随着单机容量的增大，叶片越来越长，整机越来越重，载荷优化就显得尤为重要。厂家功率MW叶轮直径 m叶片长度 m扫风面积m2单位面积功率W/m2国内厂家A75.21292.33国内厂家B182

3、6012853092.91339.03国内厂家C92.91301.36国内厂家D75.92320.80维斯塔斯15236115.543743.54342.91西门子歌美飒43.54320.05GE13.27368.293波塞冬（Poseidon）风场将安装61台20MW 风机项目范围内共61台海上风电机组，机组额定功率高达20MW，风机高度为340米，转子直径为310米，风场总容量为1220MW。4挑战-柔塔及长柔叶片-涡激振动涡激振动：流体流经非流线型结构物体时，结构物两侧周期性交替发生脱落其表面的漩涡，

4、流向和垂直于流向的横向力，引发结构物振动，反过来又改变尾涡形式，这种流固耦合就是涡激振动1940年11月 美国 塔科马海峡吊桥（Tacoma Narrows Bridge）垮塌2020年5月5日 广东虎门大桥异动（1997年投入使用）风电机组寿命“终结者”5挑战-柔塔及长柔叶片-共振共振：柔塔的自身一阶固有频率下降到小于等于叶轮转频（1P），塔筒高度增加，频率降低；长期运行于该转速下，激励频率与固有频率产生共振，极大增加塔架及各部件的载荷，降低其寿命风机激励频率与固有频率关系（图片来自网络）6Blade 1Blade 3Blade 2rotor speed 挑战-柔塔及长柔叶片-扭摆及切变-气

5、弹稳定、叶片失速7 消除涡激振动 降低切变及湍流载荷 降低及消除扭摆 避开共振区 支持更大的风机功率及更大的叶轮直径对变桨带来的新挑战-降低载荷 抗涡激振动算法-载荷偏置 独立变桨及准独立变桨-对变桨动作要求的算法 降低及消除扭摆-对变桨动作要求的算法 避开共振区-对变桨动作要求的算法 更大力矩的变桨 变桨快速的响应 降低变桨角加速度柔性变桨 降低变桨角刚性，消除扭摆柔性变桨 电液压变桨 更高的安全性及可靠性 远程诊断及升级8柔性变桨控制（Smooth Pitch Control）大兆瓦风机，几乎所有部件，尤其是叶片、齿轮、轴承等主要动力传动链上的承力部件，都承受了前所未有的载荷压力。如果其长

6、期承受过大的瞬时载荷（扭矩），容易出现结构性损伤，甚至直接损坏，其疲劳寿命会受到极大影响，最终影响风机的安全和寿命。风力变化，比如风速瞬时波动，湍流等，让叶片载荷产生较大波动，需进行变桨调节。传统的变桨控制策略，通常以满足最快速度为最优原则，未充分考虑对上述承力部件的疲劳寿命造成的影响，无法降低机组的疲劳应力和瞬时冲击载荷冲量。通过控制策略的优化，变桨时在保证响应的前提下，让变化更柔和，运行更平顺，将极大的缓解叶片，齿轮和轴承等所受到的扭矩冲击，提高机组安全性、运行稳定性，并延长机组的寿命。9柔性变桨控制（Smooth Pitch Control）-电动变桨对于电动变桨来说，可以根据不同的载荷

7、工况和实际变化情况，在变桨驱动器内加入控制策略，对输出力矩的进行平滑控制，最大限度的减少大扭矩输出，柔和而快速的完成变桨控制；具体到控制上，电动变桨使用转矩平滑控制，优化变桨的转矩平滑输出10柔性变桨控制（Smooth Pitch Control）-电动液压系统电动液压系统，集电动变桨+液压变桨之优势，优势：优势：1）电液系统使用了液压缸、蓄能器等，具有天然的瞬时载荷吸收能力；2）双重安全顺桨，后备电源采用电能量+蓄能液压能量，按需求配置比例；3）硬件消减，同时相比传统液压，取消传动液压站，减少油路，降低漏油风险；4）超大容量变桨的升级方便，对重点油缸扩容，比驱动器开发要简化很多；5）监控叶片

8、扭摆角度和Mz方向扭转力矩，通过已有的传感器，检测载荷，进一步升级到高级功能；6）更快速的变桨响应（某些工况快3倍），无内齿轴承磨损问题；挑战：挑战：1）新的产品设计开发，开发时间、投入要求高。Control cabinetHigh pressure accumulatorlow pressure accumulatorBlade lock Proportional valve Oil cylinderservo motor减少了传统的油路，11大功率单驱动器电动变桨系统驱动器额定电流，没有最大，只有更大 优势：优势：拓扑结构成熟，技术路线稳定，系统风险小 挑战：挑战：变桨运行时，单点输出载荷大，给变桨齿圈结构带来挑战单个驱动器输出驱动能力，功率模块要求不断向上刷新，要更大的产品体积和重量；维护性挑战，尤其是到18MW以上，12大功率多驱动器电动变桨系统我司EPD+行业内率先实现了双驱开发和应用（10MW+），批量投产运行，对业界发展贡献了一份力量。优势：优势：多驱动器有彼此热备份，有一定安全保护，可维护性较好，可有两个及以上的单驱动器组成 挑战：挑战：单轴驱动单元部件的材料用量提高，成本相对较高控制逻辑更复杂，相互之间的协作要理清13感谢聆听