1.0 MW 变速恒频异步风力发电机组设计改型

・杌械研究与应用・２０１４年第１期（第２７卷，总第１２９期）　应用与试验　１．０　ＭＷ变速恒频异步风力发电机组设计改型　杨建秋，陈宁　７３００５０）　（兰州电机股份有限公司风电产品办公室，甘肃兰州摘要：通过阐述兰电（ＬＥＣ）与沈工大风能研究所合作研制的ＦＤ６０—１０００样机的设计方案，介绍主要部件风轮、叶片　翼型、塔筒改型为ＦＤ６５—１０００风电机纽，通过试验得到低风速频率集中的地域，风电机组的发电量明显比样机的发电　量要高，而且在接近额定风速区域功率曲线时基本和设计的理论功率曲线接近吻合，通过叶片改型气动外形和分析　效果良好。　关键词：风电机组；风轮；叶片改型　中图分类号：ＴＭ３１５　文献标志码：Ａ　文章编号：１００７—４４１４（２０１４）０１－００５１—０３　Ｄｅｓｉｇｎ　Ｍｏｄｉｉｃａｔｉｆｏｎ　ｏｆ　１．ＯＭＷ　Ｖａｒｉａｂｌｅ　Ｓｐｅｅｄ　Ｃｏｎｓｔａｎｔ　Ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ　Ｗｉｎｄ　Ｔｕｒｂｉｎｅ　ＹＡＮＧ　Ｊｉａｎ—ｑｉｕ．ＣＨＥＮ　Ｎｉｎｇ　（Ｔｈｅ　Ｏｆｉｆｃｅｆｏｒ　Ｐｏｗｅｒ　Ｐｒｏｄｕｃｔｓ，Ｌａｎｚｈｏｕ　Ｅｌｅｃｔｒｉｃ　Ｃｏ．，Ｌｔｄ，Ｌａｎｚｈｏｕ　Ｇａｎｓｕ　７３００５０，Ｃｈｉｎａ）　Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ａｃｃｏｒｄｉｎｇ　ｔｏ　ｔｈｅ　ＦＤ６０—１０００　ｐｒｏｔｏｔｙｐｅ　ｄｅｓｉｇｎ　ｓｃｈｅｍｅ　ｗｈｉｃｈ　ｉｓ　ｄｅｖｅｌｏｐｅｄ　ｂｙ　ＬＥＣ　ａｎｄ　ＳＵＴ，ｔｈｅ　ｍｏｄｉｉｆｅｄ　ＦＤ６５—　１０００　ｗｉｎｄ　ｔｕｒｂｉｎｅ　ｗｈｉｃｈ　ｉｎｃｌｕｄｉｎｇ　ｗｉｎｄ　ｒｏｔｏｒ，ｔｈｅ　ｂｌａｄｅｓ　ｓｈａｐｅ　ａｎｄ　ｔｏｗｅｒ　ｍｏｄｉｆｉｃａｔｉｏｎ　ｉｓ　ｍａｉｎｌｙ　ｉｎｔｒｏｄｕｃｅｄ．Ｔｈｅｎ　ｔｈｅ　ｌｏｗ　ｗｉｎｄ　ｓｐｅｅｄ　ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ　ａｒｅａ　ｆｒｏｍ　ｔｅｓｔ　ｉｓ　ｇｏｔ，ａｎｄ　Ｉｔ　ｓ　ｍｕｃｈ　ｂｅｔｔｅｒ　ｔｈａｎ　ｐｒｏｔｏｔｙｐｅ　ｗｉｎｄ　ｔｕｒｂｉｎｅ　ｉｎ　ｇｅｎｅｒａｔｉｎｇ　ｃａｐａｃｉｔｙ．Ｆｕｒｔｈｅｒ－　ｍｏｒｅ，ｔｈｅ　ａｃｔｕａｌ　ｐｏｗｅｒ　ｃｕｒｖｅ　ｉｓ　ａｓ　ｓａｍｅ　ａｓ　ｔｈｅ　ｔｈｅｏｒｅｔｉｃａｌ　ｄｅｓｉｇｎ　ｉｎ　ｔｈｅ　ｒａｔｅｄ　ｗｉｎｄ　ｓｐｅｅｄ　ａｒｅａ．Ｓｏ　ｉｔ　ｉｓ　ｖｅｒｉｉｆｅｄ　ｔｈａｔ　ｉｔ　ｈａｄ　ａ　ｇｏｏｄ　ｒｅｓｕｈ　ｆｏｒ　ｂｌａｄｅｓ　ｓｈａｐｅ　ｍｏｄｉｆｉｃａｔｉｏｎ　ａｎｄ　ａｎａｌｙｓｉｓ．　Ｋｅｙ　ｗｏｒｄｓ：ｗｉｎｄ　ｔｕｒｂｉｎｅ；ｗｉｎｄ　ｔｕｒｂｉｎｅ；ｂｌａｄｅ　ｍｏｄｉｆｉｃａｔｉｏｎ　１　引　言　风轮是风力发电机组利用风能转换为机械能的　通过对叶片翼型进行改型设计，２０１０年７月将　改型后的风轮安装在玉门洁源风电场进行并网发电。　改型机组的后风轮的空气动力性能获得了较高　的风能利用系数和发电能力。此外提高了风轮的安　装高度及风电场址选择等多种因素，对机组重新进行　载荷计算，满足机组安全要求。　２０１０年２月再次将塔筒增高，改型设计了型号　ＦＤ６５—１０００风机，１０台小批量在甘肃景泰兴泉风电　主要构件，在复杂的气候和地理环境下，叶片通过翼　型气动，产生空气动力使风轮旋转，风轮的功率特性　对输出功率大小、风能利用系数、发电能力有至关重　要的作用，也直接影响着可观的经济效益＿１　Ｊ。　２　ｌ－０　ＭＷ风电机组设计改型　２００４年兰电自主研制成功１．０　ＭＷ双馈异步风　力发电机，配套于沈阳工业大学风能技术研究所承担　的国家８６３计划——“ＳＵＴ一１０００型变速恒频风力机　场并网发电，同样应用丹麦Ｍｉｔａ　ＷＰ４１００控制系统处　理数据统计，实际功率曲线基本接近设计的理论功率　曲线，发电量明显高于改型前的发电量。　组（１．０　ＭＷ）”，实现了兆瓦级双馈异步风力发电机　的首次国产化，于２００５年７月成功并网发电。２００６　年ｌＯ月通过科技部验收，各项指标达到技术要求。　３玉门低窝铺和景泰兴泉风电场风力资源　甘肃玉门低窝铺、景泰兴泉气象观测站主要气象　要素特征值统计表如表１所列。　表１气象要素特征值统计表　同时将这一自主研制的技术应用于沈工大风能　所的Ｉ．０　ＭＷ变速恒频双馈异步风力发电机组中，与　兰电合作研制项目编号０８０１ＧＫＤＡ０５６，首台型号　ＦＤ６０—１０００风电机组样机，已于２００７年３月在玉门　洁源风电场成功并网发电，经历一年多时间运行，由　丹麦Ｍｉｔａ　ＷＰ４１００控制系统处理的数据统计，在额定　风速时实际功率曲线达不到设计的理论功率曲线。　分析显示影响风力机输出功率大小的直接原因　是风轮功率特性，而风轮功率特性又取决于风轮叶片　气动外形　。　￥收稿日期：２０１３—１１—０８　作者简介：杨建秋（１９６４一），男，甘肃兰州人，工程师，主要从事风电机组机械设计方面的工作。　・５ｌ・　应用与试验　表１（续）　项目　玉门地区　景泰地区　平均风速（ｍ／ｓ）　３．８　２．３９　最犬半均风速（ｍ／ｓ）　１８　５　２１．７　最多风向　Ｅ　Ｓ和ＮＷ　最多风向频率（％）　２０　１６和３２　Ｈ照自分牢（％）　７２　６２　沙尘暴日牧（ｄ）　８．２　ｌ２　雷暴Ｆｊ数（ｄ）　７　７　ｌ５　５（）年一遇最大　３６．１９　３７．５　速（ｍ／ｓ）　（平均１０　ｒａｉｎ）（平均１０　ｒａｉｎ）　常年冰冻崩　１Ｏ月下旬至　１１月中旬至　４月下旬　２月下旬　场类型　ＩＥＣ一Ⅲ　ＩＥＣ一Ⅲ　两地域的风电场场址风能分布集中，风能资源接　近，兰电１．０　ＭＷ风电机组适用于甘肃景泰兴泉风电　场。　４风电机组基本参数　ＦＤ６０—１０００和ＦＤ６５—１０００风电机组改型前、后　基本参数对比如表２所列。　表２机组基本参数表　５　机组改型部件风轮和叶片翼型及塔筒　ＦＤ６０—１０００和ＦＤ６５—１０００风电机组改型前、后　风轮和叶片参数对比如表３所列。风轮直径６０．６２　ｍ、扫风面积２　８８６　ｍ　改进为直径６４．４２　Ｉｎ、扫风面积　３　２５７　ｍ　，叶片长度由２９．１　ｍ改进为３１　ｍ，采用中材　科技Ｓｉｎｏｍａ３１型号，翼形ＤＵ、ＡＥ系列＋ＮＡＣＡ　６３，风　轮直径增加４　ｍ，面积增加３７１．７　ｍ　，叶片扭角也相　应增加。叶片翼形改型后，在低风速下，ＦＤ６５—１０００　机组的发电量明显比ＦＤ６０—１０００机组的发电量要　高，且在接近额定风速区域，ＦＤ６５—１０００风机的功率　曲线基本接近设计的理论功率曲线。　叶片翼形改型前ＦＤ６０—１０００机组和叶片改翼形　型后ＦＤ６５—１０００机组理论功率曲线，如图１、２所示；　与风电场机组使用Ｍｉｔａ　ｗＰ４１００控制系统软件，统计　数据得出实际功率曲线比较如图３、４所示。　・５２・　２０１４年第１期（第２７卷，总第１２９期）・机械研究与应用・　表３风轮和叶片参数表　１２００　１　２００　Ｏ　０　０　０　Ｏ　０　Ｏ∞∞∞　∞印∞∞加　　０　０　０　Ｏ　至’船　；１　０００　８００　、一　６００　斛４００　糌４００　蚤２００　嚣２００　０　０　５　１　０　１　５　２０　２５　风速　图２　ＦＤ６５—１０００机组理论　功率曲线　６００　＾　至　５００　Ｖ　４００　斛　蠢　３００　２００　１Ｏ０　０　１　３　５　７’９’Ｉ１　１３　１　５１　７１９　２１　２３　２５２７　风速（ｍ／ｓ）　０　Ｍｏｄｅｌ１０　ｍｉｎ，功率　Ｍｏｄｅｌ　０　ｍｉｎ计数　图３　ＦＤ６０—１０００机组软件统汁功率曲线　霎１　ｏ０—。　２　１　６０　风速ｔＩｎ　ｓ，　ｎ　１０　Ｓｙｓｔｅｍ功率《ｋＷ）＿　ｌ１　０　Ｓｙｓｔｅｍ计数　图４　ＦＤ６５—１０００风电机组软件统计功率曲线　应用与试验　的Ｎｉ６０Ａ的３０４不锈钢激光再制造试件的综合力学　２０１４年第１期（第２７卷，总第１２９期）・机械研究与应用・　性能更优良。　表２三种不同试件拉伸性能比较　５　结　语　（ｉ）３０４不锈钢粉末中添加Ｎｉ６０Ａ粉末，粉末中　力学性能分析［Ｊ］．激光技术，２００６，３０（２）：１３０—１３２　［４］　尚晓峰，韩冬雪，于福鑫．金属粉末激光再制造技术及发展现状　［Ｊ］．机电产品开发与创新，２０１０，２３（５）：１４—１６．　［５］　Ｚｈａｏ　Ｘ　Ｍ，Ｇｏｎｇ　Ｓ　Ｌ，Ｌｉｎ　Ｘ，ｅｔ　ａ１．Ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ　Ｐｒｏｐｅｒｔｉｅｓ　ａｎｄ　Ｍｉ—　ｃｒｏｓｔｒｕｃｔｕｒｅ　Ｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃｓ　ｏｆ　Ｌａｓｅｒ　Ｒａｐｉｄ　Ｆｏｒｍｉｎｇ　Ｒｅｎｅ８８　ＤＴ　Ｓｕ—　的镍元素具有固溶强化的作用，能大大提高激光再制　造熔覆层的维氏显微硬度和抗拉强度，但同时降低了　其塑性和韧性，使得延伸率下降。　（２）随着３０４不锈钢粉末中Ｎｉ６０Ａ含量的增加，　激光再制造熔覆层的维氏显微硬度和抗拉强度逐渐　ｐｅｒａｌｌｏｙ［Ｊ］．Ｒａｒｅ　Ｍｅｔａｌ　Ｍａｔｅｒｉａｌｓ　ａｎｄ　Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，２０ｌ１（４０）：　２７８—２８８．　［６］　张永忠，席明哲，石力开，等．激光再制造３１６Ｌ不锈钢的组织及　性能［Ｊ］．稀有金属材料与工程，２００３，３２（３）：１８３—１８６．　［７］　杨森，钟敏霖，张庆茂，等．金属零件的激光直接快速制造　洁，王佃刚，等．熔覆工艺对Ｎｉ６０Ａ激光熔覆层微　［Ｊ］．粉末冶金技术，２００２，２０（４）：２３４—２３８．　边［８］　陈传忠，提高，但延伸率和强塑积却逐渐降低。　参考文献：　陈江，刘玉兰．激光再制造技术及其应用［Ｊ］．中国设备工程，　观组织的影响［Ｊ］．应用激光，２００１，２１（６）：３８１—３８４．　［９］　王赛玉，熊惟皓．激光技术在材料科学中的应用［Ｊ］金属热处　理，２００５，３０（７）：３２—３６．　２０１０（３）：４９—５０．　［２ｊ　成细洋，邱长军，皮政清，等．激光熔覆再制造对试件拉伸性能　影响的实验研究［Ｊ］．现代机械，２０１　１（６）：１０—１１　［３］　姬生钦，李鹏，曾晓雁．激光熔覆直接制造金属零件的组织及　［１Ｏ］　宋建丽，邓琦林，胡德金．等．激光熔覆成形３１６１不锈钢组织的　特征与性能［Ｊ］．中国激光，２００５，３２（１０）：１４４１一ｌ４４４．　（上接第５３页）　表５机组可利用率和发电量统计表　注：①四月份机组进行调试工作；②６井机组变桨控制柜备件从国外采购；③九月份对１Ｏ台机组进行定期维护保养。　范实用手册［Ｍ］．北京：中国科技文化出版社，２００５．　参考文献：　［１］　熊礼俭．风力发电新技术与发电工程设计、运行、维护及标准规　［２］　贺德馨．风工程与工业空气动力学［Ｍ］北京：国防＿ｌ　业出版社　２００６．　・５６・