2021年10月17日-20日，2021北京國際風能大會暨展覽會（CWP 2021）在北京新國展隆重召開。作為全球風電行業(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能盛會，再次登陸北京。
本屆大會以“碳中和——風電發(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)新劇場以及關于“國際成熟風電市場發(fā)展動態(tài)及投資機會”“國際新興風電市場發(fā)展動態(tài)及投資機會”“風電設備智能運維論壇”“碳達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日海上風電發(fā)展論壇隆重召開。東方電氣風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。當時我們在開發(fā)適用于10兆瓦變槳系統(tǒng)的時候，我們結合自己的需求，根據(jù)自己的實際情況綜合考慮，因為液壓變槳系統(tǒng)存在一個漏油的風險，而且目前還是基本依賴于進口。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、維護的要求都比較高，而電動變槳在國內(nèi)相對來說應用更加廣泛一點，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，可以做到免維護設計。
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，相關的技術也比較成熟。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路線。變槳系統(tǒng)在10兆瓦等級海上機組的應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)可能維護比較困難，大家設想一下，如果更換重量達到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，就可以應用一些核心器件，從器件級降低系統(tǒng)風險。第三個可維護性相對來說會高一點，因為當我們的變槳系統(tǒng)核心器件功率需求變小之后，相應的這些都會減小，維護起來會更加的方便。第四部分的內(nèi)容就是在雙驅(qū)變槳系統(tǒng)開發(fā)過程當中，我們遇到了一些關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主機的命令，高速準確實現(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)復雜度提升的問題，一套系統(tǒng)結構越復雜，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)化結構布局，從設計上就讓變槳系統(tǒng)不至于變得過于復雜。第二個就是采用一個分布式IO的設計，我們把變槳系統(tǒng)里面的防雷模塊、潤滑系統(tǒng)這些外圍設備和變槳系統(tǒng)本體分開來設計。通過分布式IO方式進行通訊，當外圍設備發(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)在設計的時候，因為是沒有任何參考沒有任何標準的情況下，我們想要對這套系統(tǒng)的功能和性能都進行一個嚴苛的測試。所以我們就設計了這么一套雙驅(qū)變槳系統(tǒng)的設計平臺，對這套系統(tǒng)進行了第三方測試，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)從設計到最后投運，不管是性能還是可靠性、穩(wěn)定性，整體都遠遠超過我們的預期。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用前景的變槳系統(tǒng)的解決方案。
我今天的分享就到此結束，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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