2021年10月17日-20日，2021北京國(guó)際風(fēng)能大會(huì)暨展覽會(huì)（CWP 2021）在北京新國(guó)展隆重召開(kāi)。作為全球風(fēng)電行業(yè)年度最大的盛會(huì)之一，這場(chǎng)由百余名演講嘉賓和數(shù)千名國(guó)內(nèi)外參會(huì)代表共同參與的風(fēng)能盛會(huì)，再次登陸北京。
本屆大會(huì)以“碳中和——風(fēng)電發(fā)展的新機(jī)遇”為主題，歷時(shí)四天，包括開(kāi)幕式、主旨發(fā)言、高峰對(duì)話、創(chuàng)新劇場(chǎng)以及關(guān)于“國(guó)際成熟風(fēng)電市場(chǎng)發(fā)展動(dòng)態(tài)及投資機(jī)會(huì)”“國(guó)際新興風(fēng)電市場(chǎng)發(fā)展動(dòng)態(tài)及投資機(jī)會(huì)”“風(fēng)電設(shè)備智能運(yùn)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(gè)分論壇。能見(jiàn)App全程直播本次大會(huì)。
其中，10月19日海上風(fēng)電發(fā)展論壇隆重召開(kāi)。東方電氣風(fēng)電有限公司變槳系統(tǒng)工程師楊愾出席會(huì)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(shí)現(xiàn)從2兆瓦到10兆瓦，一方面實(shí)現(xiàn)變槳系統(tǒng)價(jià)格的大幅降低，而且還實(shí)現(xiàn)變槳系統(tǒng)可靠性穩(wěn)步提升。當(dāng)時(shí)在這個(gè)項(xiàng)目立項(xiàng)的時(shí)候，要開(kāi)發(fā)一套能夠適用于10兆瓦機(jī)組，到底是采用電動(dòng)變槳還是液壓變槳，這個(gè)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(dòng)力、液壓油作為傳遞介質(zhì)，油缸活塞桿徑向運(yùn)動(dòng)→槳葉的圓周運(yùn)動(dòng)，
功率大、扭矩大、響應(yīng)快、可靠。
電動(dòng)變槳：由伺服驅(qū)動(dòng)器、變槳電機(jī)、控制器、后備電源及附件組成，以超級(jí)電容作為后備電源，變槳電機(jī)、減速箱、變槳軸承，能耗低、免維護(hù)。當(dāng)時(shí)我們?cè)陂_(kāi)發(fā)適用于10兆瓦變槳系統(tǒng)的時(shí)候，我們結(jié)合自己的需求，根據(jù)自己的實(shí)際情況綜合考慮，因?yàn)橐簤鹤儤到y(tǒng)存在一個(gè)漏油的風(fēng)險(xiǎn)，而且目前還是基本依賴于進(jìn)口。在我們國(guó)內(nèi)，現(xiàn)在還沒(méi)有比較成熟的一個(gè)產(chǎn)業(yè)鏈，而且液壓變槳系統(tǒng)對(duì)安裝、維護(hù)的要求都比較高，而電動(dòng)變槳在國(guó)內(nèi)相對(duì)來(lái)說(shuō)應(yīng)用更加廣泛一點(diǎn)，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(jì)。
另外一個(gè)方面，我們一直以來(lái)就是自研變槳系統(tǒng)的時(shí)候就是走的電動(dòng)變槳系統(tǒng)，我們積累了很多的經(jīng)驗(yàn)，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(jī)組繼續(xù)采用電動(dòng)變槳這樣一個(gè)技術(shù)路線。變槳系統(tǒng)在10兆瓦等級(jí)海上機(jī)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(jī)組使用傳統(tǒng)的單驅(qū)變槳系統(tǒng)的話，首先第一個(gè)問(wèn)題就會(huì)遇到處理過(guò)于集中的問(wèn)題，第二個(gè)問(wèn)題就是可能需要定制一些核心器件，當(dāng)時(shí)我們?cè)陂_(kāi)發(fā)這套雙驅(qū)變槳系統(tǒng)的時(shí)候，市場(chǎng)上沒(méi)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(kāi)發(fā)。因?yàn)闆](méi)有經(jīng)過(guò)市場(chǎng)充分驗(yàn)證，就有很多的不確定性。第三個(gè)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(jī)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(jí)海上機(jī)組采用傳統(tǒng)單驅(qū)變槳系統(tǒng)就一點(diǎn)不合時(shí)宜了。針對(duì)剛才提到的這些問(wèn)題，我們就提出了通過(guò)兩個(gè)電機(jī)共同處理驅(qū)動(dòng)葉片進(jìn)行調(diào)整的雙驅(qū)方案。采用雙驅(qū)方案，第一個(gè)好處就是可以分散出力，單點(diǎn)受力可以有效降低斷齒的風(fēng)險(xiǎn)，減緩軸承的磨損對(duì)軸承比較友好，可以延長(zhǎng)變槳軸承的壽命。第二個(gè)就是如果采用雙驅(qū)方案之后，我們對(duì)單個(gè)變槳驅(qū)動(dòng)器的功率就減少了，就可以應(yīng)用一些核心器件，從器件級(jí)降低系統(tǒng)風(fēng)險(xiǎn)。第三個(gè)可維護(hù)性相對(duì)來(lái)說(shuō)會(huì)高一點(diǎn)，因?yàn)楫?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(huì)減小，維護(hù)起來(lái)會(huì)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(kāi)發(fā)過(guò)程當(dāng)中，我們遇到了一些關(guān)鍵點(diǎn)給大家做一個(gè)簡(jiǎn)要的分享。首先雙驅(qū)變槳系統(tǒng)最大的難點(diǎn)就是要實(shí)現(xiàn)兩個(gè)電機(jī)同步控制，保證兩個(gè)電機(jī)的同時(shí)出力，它有兩個(gè)驅(qū)動(dòng)電源，變槳系統(tǒng)是工作在需要頻繁來(lái)回調(diào)槳的工作狀態(tài)，如果兩個(gè)電機(jī)不能出現(xiàn)同步出力，它們就會(huì)打架較勁，會(huì)導(dǎo)致部分或者整個(gè)系統(tǒng)的過(guò)載。另外一個(gè)方面，其實(shí)兩個(gè)減速箱的小齒的齒縫也是時(shí)時(shí)變化的，有可能會(huì)出現(xiàn)打齒這樣的問(wèn)題。所以我們開(kāi)發(fā)了這套系統(tǒng)，同軸兩個(gè)驅(qū)動(dòng)器是主軸方式，主機(jī)可以工作在速度模式，兩個(gè)驅(qū)動(dòng)機(jī)之間可以實(shí)現(xiàn)一毫秒實(shí)時(shí)通訊，結(jié)合完全自主開(kāi)發(fā)的一個(gè)同步控制還有消息控制的算法來(lái)保證兩個(gè)電機(jī)的同步出力。
第二個(gè)要實(shí)現(xiàn)安全冗余功能，正常情況下，我們的從機(jī)能夠響應(yīng)主機(jī)的命令，高速準(zhǔn)確實(shí)現(xiàn)變槳?jiǎng)幼鳌Ｒ驗(yàn)橥S有兩個(gè)驅(qū)動(dòng)單元，一個(gè)驅(qū)動(dòng)單元發(fā)生故障的時(shí)候，另外一個(gè)需要打開(kāi)兩個(gè)電機(jī)的剎車，必須要保證兩個(gè)剎車同步動(dòng)作才能實(shí)現(xiàn)這個(gè)功能。對(duì)于以前傳統(tǒng)的單電機(jī)驅(qū)動(dòng)的變槳系統(tǒng)，如果驅(qū)動(dòng)器或者是變槳電機(jī)發(fā)生故障不能動(dòng)作的時(shí)候，葉片就收不回去了，但是對(duì)于雙驅(qū)變槳系統(tǒng)就不存在這個(gè)問(wèn)題。因?yàn)橛袃蓚€(gè)驅(qū)動(dòng)單元，它只有當(dāng)兩個(gè)驅(qū)動(dòng)單元同時(shí)失效的情況下，才會(huì)出現(xiàn)葉片不能受槳。第三解決系統(tǒng)復(fù)雜度提升的問(wèn)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(jī)組對(duì)變槳系統(tǒng)要求特別高，為了解決這個(gè)問(wèn)題，我們就想了幾個(gè)辦法，優(yōu)化結(jié)構(gòu)布局，從設(shè)計(jì)上就讓變槳系統(tǒng)不至于變得過(guò)于復(fù)雜。第二個(gè)就是采用一個(gè)分布式IO的設(shè)計(jì)，我們把變槳系統(tǒng)里面的防雷模塊、潤(rùn)滑系統(tǒng)這些外圍設(shè)備和變槳系統(tǒng)本體分開(kāi)來(lái)設(shè)計(jì)。通過(guò)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(shí)候，可以減少對(duì)于本體的影響。第三個(gè)就是針對(duì)雙驅(qū)變槳系統(tǒng)，我們?cè)O(shè)計(jì)了一套全新的故障分析方法，我們可以對(duì)很多信息、數(shù)據(jù)進(jìn)行備份，對(duì)于傳統(tǒng)的單電機(jī)有些故障必須要停機(jī)，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(shí)候，只發(fā)出一個(gè)報(bào)警信號(hào)就可以了，讓變槳系統(tǒng)持續(xù)不停地運(yùn)行，提升機(jī)組的發(fā)電量，提升整個(gè)系統(tǒng)的可靠性。
第四要解決環(huán)境適應(yīng)性的問(wèn)題，海上是一個(gè)高熱高濕高鹽霧的環(huán)境，對(duì)很多的機(jī)組來(lái)講有了密封設(shè)計(jì)這些，相對(duì)于陸上變槳系統(tǒng)來(lái)說(shuō)，海上變槳系統(tǒng)工作環(huán)境相對(duì)比較惡劣一點(diǎn)。所以針對(duì)這個(gè)問(wèn)題，我們的核心器件采用帶有防腐涂層的設(shè)計(jì)，最后一部分是雙驅(qū)變槳系統(tǒng)樣機(jī)測(cè)試和運(yùn)行情況，我們這套系統(tǒng)在設(shè)計(jì)的時(shí)候，因?yàn)槭菦](méi)有任何參考沒(méi)有任何標(biāo)準(zhǔn)的情況下，我們想要對(duì)這套系統(tǒng)的功能和性能都進(jìn)行一個(gè)嚴(yán)苛的測(cè)試。所以我們就設(shè)計(jì)了這么一套雙驅(qū)變槳系統(tǒng)的設(shè)計(jì)平臺(tái)，對(duì)這套系統(tǒng)進(jìn)行了第三方測(cè)試，經(jīng)過(guò)測(cè)試可以說(shuō)性能和功能都完全滿足設(shè)計(jì)需求。
右邊這個(gè)圖是這套雙驅(qū)變槳系統(tǒng)的樣機(jī)，我們可以看到，同軸兩個(gè)電機(jī)地距絕對(duì)誤差可以控制在一流米，相對(duì)誤差不超過(guò)百分之一，可以說(shuō)同步性是非常好的。我們這套雙驅(qū)變槳系統(tǒng)的樣機(jī)是在2020年實(shí)現(xiàn)了成功并網(wǎng)，到目前為止也是唯一一套正在運(yùn)行的系統(tǒng)。從2020年的7月，大概15個(gè)月的時(shí)間，我們這個(gè)系統(tǒng)一直都是保持無(wú)故障運(yùn)行，我們已經(jīng)實(shí)現(xiàn)了批量交付。經(jīng)過(guò)15個(gè)月的運(yùn)行之后，變槳軸承在零度位置附近與兩個(gè)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(gè)驅(qū)動(dòng)器磨損情況是基本一致的，沒(méi)有出現(xiàn)哪個(gè)地方或者磨損特別嚴(yán)重的情況下。所以整體運(yùn)行情況是非常良好的，可以說(shuō)這套雙驅(qū)變槳系統(tǒng)從設(shè)計(jì)到最后投運(yùn)，不管是性能還是可靠性、穩(wěn)定性，整體都遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過(guò)我們的預(yù)期。雙驅(qū)變槳電動(dòng)系統(tǒng)，可以說(shuō)是以后一個(gè)全新具有非常廣闊市場(chǎng)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）
