变浆距双馈型风力发电机组的结构和原理-訾恒编著

第四章 变浆距双馈型风力发电机组的结构和原理概述：变浆距风力发电机是在定浆距风力发电机成功运用的基础上发展起来的机型，它的桨叶角度可以调节，以达到最佳的叶尖速比，使得风力机的风能利用率大大提高。变浆距风机相对于定浆距风机的优势是十分明显的，当风速过高时，通过调整桨叶节距，改变气流对叶片攻角，从而改变风力发电机组获得的空气动力转矩，可以使功率输出保持稳定。在风力发电机启动时需要较大的气动扭矩，也需要通过变浆系统的动作以获得足够的气动转矩。其实风机设计人员最初设计的风力发电机都是倾向于变浆距的，但是由于技术条件有限，控制系统、变浆系统不成熟，在极端条件下往往不能满足风力发电机的安全运行条件。所以变浆距风机在很长一段时间里得不到发展。经过定浆距风机的运行实践，设计人员对风力发电机组的运行工况和各种受力状态有了更深入的了解，变浆距风机的先天优势重新进入设计人员的视线，变浆距风机的设计重新被重视起来，当前的变浆距风力发电机已经成为市场的主流，目前投入商业运行的变浆距双馈型机组有很多，但其结构和原理大同小异，其中丹麦维斯塔斯的V90系列应用较为广泛，市场占有率较高，结构也很典型。这一章将以Vestas的V90-1.8/2.0MW风机为例来学习变浆距双馈型机组的结构和原理。4.1维斯塔斯V90-1.8/2.0MW风机的特点 维斯塔斯是进入中国市场的第一家风机供应商，拥有20%的全球市场份额，是世界风能解决方案的领先供应商。已在全球六大洲66个国家和地区安装了43,000多台风机。维斯塔斯拥有中国最大的风力发电制造厂，生产发电机、叶片、机舱、轮毂和控制系统。已经在中国三个不同的省份拥有五家风机制造工厂。维斯塔斯V80/V90-1.8/2.0MW风机是维斯塔斯公司目前的主力机型，属于桨距调节的上风向风机，配有主动偏航和三叶片风轮。V90-1.8/2.0MW风机采用了先进的叶片设计和技术，其叶片的重量与V80-2.0MW风机叶片的重量相同，但叶片的扫掠面积增加了27%。其机舱采用的是V80的设计，但齿轮箱和传动系统都有所改进，能够承受来自转子的更大的负荷。因此，V80和V90风机的主要构造区别不大，所以我们之后的介绍以V90系列为例。V90-1.8/2.0MW风机风机风轮直径为90米，额定功率为1.8/2.0MW。独特的OptiSpeed（最佳转速）功能（控制系统中详细介绍）可使风轮变速运转。所有的V90风机都配有独特的维斯塔斯桨距调节系统。通过该系统，叶片桨距角可不断根据当前风况调到最佳角度，从而优化了风机出力和噪声水平。主轴通过变速箱将动力传递到发电机。变速箱为行星齿轮和斜齿轮组合变速箱。动力从变速箱通过一个免维护复合联轴器传递到发电机。发电机为专用绕线转子四极异步发电机。在高风速时，OptiSpeed和桨距调节使功率在不同的空气温度和密度下始终保持额定出力。在低风速时，OptiTip（最佳浆距）系统和OptiSpeed通过选择最佳转速和桨距角来优化出力。风机通过全顺桨叶片实现制动。变速箱高速轴上装有机械刹车单元。由一台基于微处理器的控制器VMP控制器（维斯塔斯多处理器控制器）监控风机的所有功能。控制系统和变压器都装在机舱内。叶片位置由液压/机械变桨系统调节，该系统可使叶片旋转95，同时也为盘式制动器系统提供压力。在急停操作模式下，风机通过全顺桨叶片（空气动力制动装置）实现制动。四个电动偏航齿轮使偏航小齿轮旋转，它们与装在塔架顶部带齿的大偏航环啮合。偏航轴承系统为具有内置摩擦的滑动轴承系统。玻璃纤维增强的机舱壳为机舱内所有部件提供防雨、防雪、防尘、防晒等保护。中心开口提供从塔架到机舱的通道。机舱内有一架800kg维护用起重机，其吊重能力可以被扩大到能提升7,500kg的主要部件。维斯塔斯V90-1.8/2.0MW的技术参数转子直径: 90米扫风面积: 6,362平方米额定转速: 14.9转/分运行范围: 9.0-14.9转/分叶片数量: 3功率调节: 变桨/OptiSpeed空气制动: 通过三个独立的桨距执行机构调节的全叶片桨距轮毂高度: 80米，95米，105米切入风速: 3.5米/秒 2.5米/秒额定风速: 12米/秒 13米/秒切出风速: 25米/秒 25米/秒 / 21米/秒发电机类型: 异步发电机 异步发电机额定输出: 1,800 kW 2,000 kW运行数据: 50 Hz 690 V 50 Hz 690 V齿轮箱类型: 行星/斜齿轮控制类型: 微处理器监控所有风机功能,备选远程监控。输出调节及优化通过OptiSpeed 和OptiTip 桨距调节实现。机舱重量： 68 t叶轮重量： 38 t轮毂高度：80米 150 t 150 t -95米 200 t - 200 t105米 - - 225 t机舱配置如图1所示。图1 机械结构1. 基架 12. 偏航齿轮2. 主轴 13. 偏航环3. 风轮轮毂 14. 偏航控制4. 叶片 15. VMP顶部控制器5. 叶片轴承 16. VMP轮毂控制器6. 变速箱 17. 变压器7. 转矩臂 18. 发电机冷却器8. 盘式制动器 19. 变速箱冷却器9. 发电机 20. 变桨液压缸10. 复合联轴器 21. 起重机11. 液压单元4.2维斯塔斯V90-1.8/2.0MW风机的结构风轮概述:上一章我们已经学习了定浆距风力机的风轮构成，变浆距风机的风轮和定浆距风机的风轮主体机构是相似的，区别是变浆距风机的桨叶的迎角是可以调节的，因此轮毂上应该装有变浆轴承、变浆执行机构和变浆控制系统。桨叶维斯塔斯在叶片设计方面具有优势，其叶片重量一直是最轻的。V90风机在这一方面实现了新的突破。其叶片是由玻璃纤维增强环氧树脂和碳纤维组成。每个叶片包含两个叶片外壳，粘合到一个支撑梁上。V90新型叶片采用了几种轻质材料，特别是承重翼梁采用了碳纤维材料。碳纤维不仅比以前叶片中的玻璃纤维轻，而且强度大、刚度好，可显著减少材料用量。虽然V90风机的扫风面积比V80多27%，但其叶片重量实际上与较短的V80叶片基本相同。V90叶片的外形就空气动力学而言比以往的风机更优越。通过优化总负荷对风机的影响与年发电量之间的关系，维斯塔斯研发出了具有全新的平面外形和曲线形后缘的翼型。V90叶片的翼面不仅提高了风机效率，同时降低了叶片前缘对尘土的敏感度，优化了连续翼面厚度之间的几何关系。桨叶上装有接闪器，防止雷电损坏桨叶。轮毂和变浆轴承 变浆距轮毂为铸造结构，叶片与轮毂的连接部分装有用来调节叶片桨距的轴承，在轮毂内还装有浆距调节的执行机构和控制系统，其它部分和金风系列相似不再累述。变浆轴承是一个四点球轴承，带有内外密封，用螺栓连接到风轮轮毂上。专用螺纹插件将叶片与变浆轴承连接起来。对于电机驱动的齿轮式变浆机组，轴承会带有内齿，和变浆减速器齿轮咬合，实现变浆。此外金风直驱式机组采用了一种电机驱动齿形带的方式变浆，轴承部分需配合齿形带。变浆执行机构概述：变浆距执行结构的作用是使叶片绕着轴承旋转，根据控制系统的指令改变叶片的浆距角，从而改变风力发电机组的气动性能，变浆距执行机构按驱动机构形式一般分为两种，一种是液压变浆式，一种是电动变浆式，即以伺服电机驱动减速机实现变浆调节。按叶片变浆又可分为单叶片独立变浆和多叶片共同变浆两种。电动变浆多用在单叶片独立变浆风机上，液压变浆适用较为广泛可单用也可多用。液压变浆具有转动力矩大，重量较轻，刚度较大，定位精确，执行机构动态响应速度快等优点，但液压变浆距机构控制环节多，机构较复杂，成本较高，油密封和润滑要求较高。电机变浆机构紧凑，控制灵活可靠，不存在密封要求，但电机重量偏重，转矩较小。液压变浆执行机构液压单独变浆执行机构的3个液压缸布置在轮毂内，每一个叶片都有一个液压缸，以曲柄滑块的运动方式分别给3个叶片提供变浆驱动力，独立变浆过程彼此独立，当一组变浆机构出现故障时，其余两组变浆机构仍然可以通过变浆完成气动制动，其控制可靠灵活，安全冗余较大，但它需要三套相同的控制执行机构，成本较高，此外3叶片还需要保证精确的同步变距，以避免3叶片的浆距角差异。液压统一变浆机构通过1个液压缸驱动3个叶片同步变浆，液压缸放置在机舱里，三个桨叶上有三个带长槽的摇臂，摇杆卡在摇臂中连接在万象盘上，活塞杆穿过主轴与轮毂内部的同步盘连接，动作时液压油驱动活塞缸活塞运动，从而推动推杆、同步盘运动，同步盘通过转轴、连杆、长转轴推动偏心盘转动，偏心盘带动叶片进行变距。维斯塔斯早期采用的就是这种液压统一变浆系统。变浆系统存在一个技术难点就是如何在机舱和轮毂之间传输控制通讯信号、电能和液压动力。维斯塔斯V90风机的旋转传输单元通过一种带流体轴承的双向低摩擦旋转液压接头从液压站向轮毂传输液压动力。通过非接触环单元传输网络通讯信号。通过旋转变压器把低压电传输给轮毂。通过滑环装置从机舱向轮毂传输高压电。三个系统都安装在齿轮箱后侧与风轮中心同心的突出的中空轴上，并随着叶轮转动。旋转变压器位于距离齿轮箱最近的位置，其定子固定在齿轮箱箱体上。转动的Arc-net非接触通讯系统，用来传递轮毂与控制系统之间的来往信号，装在旋转变压器的外侧，并罩有筒形外壳。在中空轴末端，液压旋转耦合单元用螺栓固定在转接器上，而转接器则用螺钉紧固在中空轴末端。液压旋转耦合单元的定子则用液压软管固定。高压 HyacHeat变浆系统储能器加热器电能传输和变浆系统控制信号传输装置的滑环装置装在液压旋转耦合单元转接头上，并固定在旋转Arc-net传输装置的固定壁上。Vestas的转动传输单元已安装转动传输单元的齿轮箱1.旋转变压器 低压输出2.Arc-net 传输系统 只传输通讯信号3.旋转接头 有孔能穿过旋转接触电缆4.Hyac-Heat 旋转接触 电压和信号直接传输5.液压旋转耦合单元 调桨系统的液压动力6.罩子电动变浆执行机构电动变浆系统一般是三叶片独立变浆系统，单个叶片变浆机构一般包括控制器、伺服驱动器、伺服电机、减速机、传感器、角度限位开关、蓄电池、变压器等组成。伺服驱动器驱动伺服电机实现变浆角度的控制，传感器用于测量电机的转速和当前的浆距角，蓄电池是保证停电时变浆系统动作的备用电源。伺服电动机与减速机和传动小齿轮连接在一起，固定在轮毂上，电动机带动减速机旋转减少转速增加了扭矩，通过减速机的输出轴小齿轮与变浆距轴承的内齿圈啮合驱动变浆距轴承的内圈和叶片一起旋转，实现变浆的目的。变浆减速机的原理与上一章所讲的偏航减速机结构和原理相似，都是通过行星齿轮或行星齿轮和其它齿轮配合进行减速。此外金风的直驱系列风机采用了电机齿形带变浆的形式，也可归类为电机变浆的一种形式，在下一章中将详细叙述。变浆控制系统变浆距风力发电机组与定浆距风力发电机组相比，具有在额定功率点以上输出功率平稳的特点。早期的变浆距风力发电机，当功率在额定功率以下时，控制器将叶片浆距角控制在0附近不做变化，其气动性能等同于定浆距风力发电机组，当功率超过额定功率时，变浆机构方开始工作，调整叶片浆距角，将发电机的输出功率限制在额定值附近。但是，大型风力发电机组的叶片重量很大，要操纵如此巨大的部件响应风速的快速变化几乎是不可能的，但是变速型风力发电机可以通过改变风轮的转速，以吸收瞬时增大的风能，达到更高的风能利用率。变浆距风力发电机的运行控制一般分为三种情况，即风力发电机的起动状态、欠功率状态和额定功率状态。起动状态风机未并网时，控制系统根据当前风机状态和实际风速给定浆距角和变浆的速度。变距风轮的桨叶在静止时，浆距角为90，这时气流对桨叶不产生转矩，整个桨叶实际上相当于一块阻尼板。低风速段起动当机组无故障且满足起动风速为3-5m/s时，控制系统将浆距角定位至接近45的啮合角，以提高起动扭矩。随着发电机转速的上升，系统控制叶片的浆距角由45向0逐渐减小，直到发电机转速增加到并网转速值。起动完成之后，桨叶停止在浆距角为0的最大开浆位置，以实现对风能的最大捕获。但在风速过低时，系统不对浆距角进行调节，以节约能量。中风速阶段当风速高于5m/s但低于额定风速时，控制系统无需对浆距角进行定位以获取最大气动转矩的控制，浆距角将直接从90逐渐减小到0。控制系统根据风速值大小选择浆距角减小的快慢，起动完成后，浆距角停止在最大开浆位置，以实现最大风能捕获。高风速阶段当风速高于额定值但是低于起动最大允许风速值，即风速足够使风力发电机满发时，控制系统调节浆距角从90组建减小至给定的浆距角，并根据风速值大小选择叶片浆距角减小的快慢，以确保机组在起动过程中叶轮转速能够平稳增加，直至达到合适的条件使发电机并网。起动完成后，变浆系统将开始进行恒功率调节，系统根据当前的平均风速值将桨叶调整到对应的角度，然后根据反馈回来的发电机功率，对浆距角进行对应的微调，实现风力发电机组平稳的额定功率输出。欠功率状态欠功率状态是指发电机并入电网后，由于风速低于额定风速，发电机在额定功率以下的低功率状态运行。早期的风机变浆控制系统在欠功率状态对桨叶不进行调节，只是将浆距角保持在最大开浆状态，目前以Vestas为代表的风机厂商采用了优化滑差技术，Vestas称之为Optitip技术，即利用双馈机组的特点根据风速的大小改变发电机的转差率，改变发电机的转数，使风轮尽量运行在最佳叶尖速比上，以优化功率输出。但是Optitip技术优化了功率输出的同时，代价是对暂态变化的高速风能响应的削减，所以这种优化只是弥补了变浆距风机的不足之处，但是对风能的吸收与定浆距风力发电机组相比并没有明显的优势。额定功率状态当风速达到或者超过额定风速后，风力发电机组进入额定功率状态。在传统的变浆距控制系统方式中，将转速控制切换到功率控制，即变浆系统开始根据发电机的功率反馈进行控制。功率反馈值超过额定功率时，浆距角就增大，反之则减小。但是由于变浆系统的响应速度有限，对快速变化的风速，并不能通过迅速改变浆距角进行调节，因此，为了优化功率曲线最新设计的风力发电机组中在进行功率控制的过程中，其功率反馈信号不在作为直接控制浆距角的变量。变浆距系统不直接响应风速的高频分量，而是由风速的低频分量和发电机的转速控制。风速的高频分量产生的机械能由风轮吸收，通过迅速改变发电机的转速，然后通过转子电流控制器对转差率进行控制，达到恒频输出。这种控制方式当瞬时风速增大时，允许发电机转速暂时升高，将瞬变的风能以风轮动能的形式储存起来，当转速降低时，在将动能释放出来，使功率曲线达到理想状态。变浆系统除进行上述控制之外还可以给定功率的输出值，控制系统把给定的功率作为最大负荷控制，以限制风机或风场的功率输出。此外为了补偿风轮上的不对称负载，如风轮顶部和底部的风速差异，Vestas 3MW风机的独立变浆系统还可以实现对风机桨叶的顺次逐个变浆，安装在每个桨叶根部的负载传感器测量风轮桨叶的负载，如果控制器监测到负载分布不对称，变浆系统设置其3个桨叶在定位点周围做正弦运动。即三个桨叶进行不断的变浆调整，在桨叶转到负载大的区域时就减小浆距角，反之则增大浆距角。变浆系统还具有推力限制和噪声限制功能当变浆系统监测到风轮所受的推力或噪声超出最大值时，变浆系统会调整浆距角以减小风轮受力或噪声。V90-2MW (VMP5000) 的变桨伺服系统框图传动系统主轴和主轴承主轴的功能是将风轮负载传递给齿轮箱。主轴开有中心孔用于将电、液压和控制信号三种控制媒介传到轮毂。主轴前面焊接有一个和轮毂连接的大法兰，风轮锁定圆盘也位于此，与金风系列的区别是主轴由两组球面滚子轴承支撑，称之为前轴承和后轴承。在前轴承座上装有一个液压驱动的风轮锁定系统。齿轮箱Vestas的齿轮箱采用一级行星齿轮（齿圈、行星齿轮和太阳轮）两级平行轴齿轮的设计，行星轮的中心轴是空心的，用以布置旋转传输单元，齿轮箱的轴承和齿轮通过压入和喷入油进行润滑。机械油泵和高速轴直接连接，压力油流动进行润滑。泵出口侧和过滤器及冷却系统相连，从而使油得到过滤和冷却，过滤和冷却过的油被导入齿轮箱内不同润滑点。为了减小齿轮箱运行的震动，Vestas采用了一种其称之为扭矩臂的弹性支撑结构，齿轮箱两侧2 个对称安装的铸造臂上有内置的橡胶盘，用作弹簧缓冲件。高速轴刹车和刹车盘Vestas的高速轴刹车通过衬套装在齿轮箱上。刹车盘装在高速轴上，具有三组液压刹车钳，由液压系统提供液压动力，刹车盘分别位于刹车盘的顶部和左右侧。联轴器Vestas的高速轴与发电机采用挠性膜片式联轴器连接，其原理与金风750系列是一样的，目的都是为了减小传动系统的中心偏移，减小振动，阻断转子寄生电流的传递。对齿轮箱起到超扭矩保护作用，降低齿轮箱的造价。只是在设计构造上稍有不同，其结构如右图。双馈式异步发电机Vestas V90风机上所使用的发电机为转子绕线式双馈异步发电机。额定电压690V，额定频率50Hz（中国），绝缘等级F，防护等级IP54，冷却方式空-空冷。双馈异步发电机的定子结构与异步电动机相同，转子为绕线式，带有集电环和电刷，转子侧可以加入频率可变的交流励磁，转子既可以输入电能也可以输出电能，还可以调整无功功率，既有异步发电机的特点又有同步发电机的特点。同步发电机在稳态运行时，其输出电压的频率厂与发电机的极对数p及发电机转子的转速n有着严格固定的关系，即f=pn60。在发电机转子恒速运行时，同步发电机发出恒频电能。双馈风力发电机的转子上嵌装有三相对称绕组。如果在转子绕组中通入三相对称交流电，则将在电机气隙内产生旋转磁场。此旋转磁场的转速与所通人的交流电频率f2及电机的极对数p有关，即n2=60f2p，式中：n2为转子绕组通人频率为f2的三相对称电流后所产生的旋转磁场相对于转子本身的旋转速度。从上式可知，改变频率f2，即可改变n2。若改变通入转子三相电流的相序，还可以改变转子旋转磁场的方向。因此，若设n1为对应于电网频率为50Hz(f1=50Hz)时异步发电机的同步转速，而n为异步电机转子本身的旋转速度，则只要维持n+n2=n1为常数，则异步电机定子绕组的感应电势的频率始终维持为f1不变。异步电机的滑差率s= n1-nn1，则异步电机转子三相绕组内通入的电流频率应为f2=pn2/60 =p(n1一n)60=pn160(n1一n)n1=sf1。可见，在异步电机转子以变化的转速转动时，只要在转子绕组中通人滑差频率(sf1)的电流，则在异步电机的定子绕组中就能产生50Hz的恒频电势。根据双馈异步电机转子转速变化，双馈异步发电机有以下三种运行状态： a)亚同步运行状态。在此种状态下转子转速nn1同步转速，改变通入转子绕组的频率为f2的电流相序，则其所产生的旋转磁场转速n2的转向与转子的转向相反，因此有n-n2=n1。为了实现n2转向反向，在由亚同步运行转向超同步运行时，转子三相绕组必须能自动改变其向序；反之，也是一样。c)同步运行状态。此种状态下n=n1,滑差频率f2=0，这表明此时通入转子绕组的电流的频率为0，也即是直流电流，因此与普通同步发电机一样。当风速降低时，风力机转速降低，异步发电机转子转速n降低。转子转速n与转子绕组电流产生的旋转磁场转速n2之和将低于异步电机的同步转速n1定子绕组感应电动势的频率f低于f1此时转速测量装置应立即将转速降低的信息反馈到控制转子电流频率的电路，使转子电流的频率增高，则转子旋转磁场的相对于定子座标的转速又回升到同步转速n1，这样定子绕组感应电势的频率厂又恢复到额定频率f1。同理，当风速增高时系统也会自动调整。当转子转速达到同步转速时，此时转子电流的频率应为零，即转子电流为直流电流。这种情况下双馈异步发电机和普通同步发电机一样。双馈异步发电机并网时，风轮带动发电机至接近同步转速，由转子回路中的变流器通过对转子电流的频率、相位控制实现定子电压、频率和相位的控制。以实现同步并网，发电机并网时基本上无冲击电流。相比其它种类的异步发电机，双馈异步发电机可以通过对励磁电流的频率、幅值和相位的调节，实现变速运行下的恒频功率调节。通过改变转子电流的大小还可以对输出无功功率进行调节。双馈异步发电机的变速恒频方案只是在转子回路进行调节实现的，通过转子回路中的功率为转差功率，一般只为发电机额定功率的1314，因此变流器的容量较小，成本较低，控制难度较小。双馈型机组还可以与变浆系统配合，实现风力发电机的功率优化控制。Vestas的发动机采用空冷设计，冷却装置由冷却发电机内部的两台风扇和冷却发电机外部的一台风扇组成。三台风扇的电机为相同的双速电机，从而产生两套电气数据（高转速/低转速）。当发电机线圈温度70或者机舱温度35或者轴承非驱动端80时，发电机散热通风设备起动，散热风扇将热空气排至机舱外部。如果发电机温度超过120，风机将停止运行。偏航系统VestasV90的偏航系统有四个2.2KW的偏航电机，采用偏航减速机驱动机舱转动，偏航减速机由三级行星齿轮副组成。 VMP控制器从超声波测风仪得到有关风速风向的信息。在平均风速低于2.5m/s时,自动偏航功能不起作用。如果风机持续偏航超过一圈,偏航动作等级降为STOP。在风机偏航可能发生扭揽时。VMP控制器从偏航传感器得到关于扭缆的信息，进行暂停机解缆。步进编码器和接近开关一起内置在偏航传感器中，通过来自步进编码器的信号计算机舱位置。偏航系统装有接近开关，通过触动接近开关限定偏航极限。液压系统Vestas的液压系统负责提供液压动力到轮毂里的变桨系统和齿轮箱高速轴制动器。液压系统包括位于机舱右侧的一个液压站、从液压站接到旋转接头的管路和接到齿轮箱上制动钳的管路、从旋转接头出来，穿过中空的齿轮箱轴和主轴到达轮毂内三个液压缸的管路以及叶片轮毂里的液压变桨控制系统。润滑和冷却系统Vestas V90系列风机的齿轮油冷却系统的主要功能是确保润滑、齿轮油的洁净度并保持齿轮箱在寿命期内温度稳定。齿轮箱冷却调质系统可分为三个相对独立的回路。各回路的构件和运行归纳如下： 回路1由齿轮箱轴驱动式容积泵、过滤块及冷却器构成。齿轮箱一旦运转则该回路激活。当温度小于45度时油流不经过空气冷却器直接流回油箱，当油箱温度超过45度时，45度阀逐渐打开，油流流经冷却器冷却返回油箱。冷却器上的冷却风扇A在油温为55C 时开启并在50C 重新关闭。风扇B在油温为61C 时开启而在55C重新关闭。回路2由电驱齿轮泵、一个50微米的在线过滤器、一个三通齿轮阀和一个油冷却器构成。回路2是一个具有自吸管路和回路的独立闭合回路。当回路1的冷却器不能将油箱温度保持在一个稳定状态时，回路2提供一个额外的冷却容量。 回路3是回路3是自备有吸取管路和回路的离线过滤单元。包括一个电驱容积泵。该系统主要用于过滤油（滤除3m大小的微粒）及在齿轮箱低转速(50 RPM)或不转动时作紧急润滑。离线过滤泵从齿轮油箱吸取油并将其通过过滤器和软管泵入齿轮油箱。在低温状况下，如果过滤器上压降偏高，齿轮油将流经减压阀循环流动。风传感器Vestas V90系列风机采用了一种称之为FT传感器的新式超声波风传感器，FT的原理为“声共振空气流检测”，这种技术的原理是使超声波在一个小型腔体里发生共振。其结构如下图，空气可以在上下两个反射圆盘间自由流动，下反射圆盘上呈三角形分布有三个振动膜，振动膜可以发出和接收超声波，振动膜与三个压电式元件相连。工作时，其中的一个振动膜发出超声波，声波碰到上反射体之后几乎被全部反射回来再经过下反射体反射直到被震动膜接收，由于三个振动膜呈三角形排列，通过对三个振动膜两两进行矢量计算，可以求得风速和风向。变压器Vestas V90风机的变压器是三相双绕组树脂浇注变压器，Y/接线，低压侧Y型中线点直接接地，低压侧绕组为Y型连接的690V绕组，设有480V分接头，每个低压绕组配有连个可互换的PT100传感器。变压器布置在机舱内发电机的后部，为确保机舱内维护人员安全，将变压器用封闭区域与机舱内其它设备隔离，只允许专业的技术人员进入。接地系统风机必须安装雷电保护设备，以收集雷电并将其高效率地导入大地。Vestas的接地系统包括叶片内和机舱顶部的接收体和导体装置，以及围绕叶片轴承、主轴承和偏航轴承的放电装置。可采用“滚球”法确定在什么位置设置叶片和机舱雷电保护。“滚球法”的主要原理是在风机构筑物的外部滚动一个半径为20米的虚拟球。在叶片、机舱顶等处碰不到虚拟球的地方，雷击的可能性最小。因为桨叶根部遭受雷击的概率很小，所以Vestas从桨叶根部20米开始，每隔5米布置一个接闪器。接闪器与叶片外壳表面平齐，根部与布置在桨叶梁上的接地铜缆连接。超声波风传感器装在机舱顶的后部，由一个环形接闪器进行保护，如图所示。接闪环与杆相连，杆直接与机舱内环绕舱顶的钢梁相连。传感器屏蔽电缆沿构筑物内部布线，一直引到机舱内的控制箱处，在那里采用一条数据传输光缆与风机控制器相连。为了避免雷电流损坏轴承，必须将雷电流传导到机舱的结构件上，并且不能穿过叶片轴承、轮毂、主轴和主轴承。因此采用防雷接地碳刷将雷电流从桨叶引到轮毂，再从轮毂引到塔架接地。雷电流从机舱到塔筒基础分三个路径传递。第一沿偏航法兰内的青铜片流动；第二沿250 mm2补偿电缆流动；第三沿高压电缆内的保护层流动。维斯塔斯接地系统的主接地母线排位于全部电缆进入风机的地方。所有接地电极都和这个主接地母线排连接。而且还对所有进出风机的电缆作了等电位连接。4.3 Vestas V90的变流系统 双馈式异步发电机需要调整转子电流的频率及电流大小和方向以实现定子电流的恒频输出及发电机功率因数的调节控制。变流系统是双馈式异步发电机的关键部件。其制造水平要求高，技术难度大，成本高昂。一般的双馈式风力发电机变流器采用双向PWM（脉冲宽度调制）控制的交直交变流器。VCS是Vestas变频器系统的缩写。VCS由一台带有绕线转子和滑环的异步发电机、一台带有IGBT开关的功率变换器、接触器和保护装置构成。VCS可使发电机速度在标称转速约60%的范围内变化。VCS和桨距调节机构可确保能量优化、低噪声运转和降低变速箱及其它重要部件的负荷。VCS控制发电机转子电路的电流，实现对无功功率的精确控制和对发电机电网连接的准确控制。定子和电网连接,转子通过滑环同变频器连接。VCS置于机舱的后部，装在母线上。VCS如下图所示。定子直接与电压为690V的电网相连。发电机出线可为星形（接触器K500 和K502吸合）或三角形（接触器K500 和501吸合）。总功率低时发电机连接为星形(相当于一个小发电机)；总功率高时发电机连接为三角形。星型的优点是速度变化范围增大，并且发电机和变频器的损耗减少。变频器通过母线与 480V 的电网相连。变频器电气部件设计电压不是690V,高压变压器工作电压为480V。变频器可在四个象限工作，故其可在电网侧（电网变频器）和转子侧（转子变频器）提供任意方向和频率的电流，其上装有直流连接C561.所有在VCS 上安装的元件和接触器均可受Vestas变频处理器VCP CT318 的控制。当变频器开始工作，DC 连线首先通过接触器K537和电阻R560充电。当为电容器充电时，电阻降低了浪涌电流。当直流电压达到给定值（直流充电限制电压），电网接触器K536A和480V侧的过滤接触器K536B连接，K537断开。电网逆变器（V521-V523）然后将使DC连线电压上升到800VDC（额定直流电压）。DC部分充电后，转子变频器(V524X/Y-V526X/Y)将开始向发电机的转子线圈提供电压。从而在定子上产生感应电压，发电机将同步开始。测量K500两侧电压，等其相位和振幅相同时，接触器K500闭合。V521-V526Y是智能集成功率模块。这些模块被Vestas称为SKiiPPACK，包含IGBT、驱动器和温度检测，可测量电流、DC部分电压。SKiiPPACK将交流电流变为直流电流，反之也可。转子逆变器由六个SKiiPPACK功率模块组成。在每个周期每个相位（X和Y）上的两个SKiiPPACK 模块总是同步工作的。两个SKiiPPACK模块从VCP上得到相同的信号。两个SKiiPPACK 模块在安装滑环的接线盒里同等连接。这样每个相位上转子轭流圈L552具有两个独立的电流线圈。为确保电流平均分配给两个平行模块X/Y，两个模块必须具有相同的电气特性。所以在两个平行模块上的Vf组必须相同。对于变频器在电网上产生的谐波电流,引入电容器C620，与电网扼流圈L551一起用于减少谐波。变频器产生的高频噪音，由EMC滤波器C562进行过滤。转子电流的频率和大小可自由设置。可以在发电机输出端上选择想要的功率因数cos 。因此不需要用电容器进行相位补偿。过度补偿时, 风机转子电流增大，欠补偿时,转子电流减小。转子端部装有过电压保护OVP CT297，可防止变频器承受转子过电压。如果发生过压，OVP短路转子端部电流。发电机从电网断开。OVP 可由VCP或自身的电压测量值控制。VCP 控制的范围比变频器广。它同时监测电网电流、电压以及总功率的测量。VCP 由T54C供电。此电源提供VCP和SkiiPPACK模块的所有电压。它同时给继电器，反馈回路、传感器、顶部控制主板提供24VDC电源。变流系统的发热量大，需采用强制冷却措施，V90采用水冷却装置进行冷却。水经过冷却水泵加压在密闭的管路中流动流经功率模块带走热量。热量再通过散热器散到空气中。4.4 Vestas V90的控制系统Vestas风机控制器被称为VMP控制器。VMP是维斯塔斯多处理器控制器的缩写。控制器监视和控制风机的所有状态，以确保风机在任何风速下都具有最佳的性能。当检测到错误时，控制器将停止风机。控制器显示风机当前的操作模式。在设计上，如果需要这些功能时，控制器允许中央监控。VMP控制器包括一台地面控制器、一个用于变频控制的VCP板、一台顶部控制器和一台轮毂控制器。VCS控制器和顶部控制器位于机舱内。通过电源/信号线和通信光纤将它们相连接。通过铜缆和旋转装置实现与轮毂控制器的通信。地面控制器只包含地面处理器。该处理器与操作面板集成。在机舱内，VCP控制器和顶部控制器位于各自的控制器柜内。顶部控制器处理机舱内事件，例如：速度、偏航和内部温度控制。VCP负责发电机的切入和切出、电流和电压的测量和变频器控制。轮毂控制器监视和控制变桨系统，包括控制全顺桨阀。VMP控制器连续不间断收集有关风机性能的参数，例如：风轮和发电机速度、风速、液压压力、温度、功率和发电量、桨距。如果出现异常或错误，数据将被保存在操作日志中和/或报警日志中，以便可以分析风机内或电网上的错误。用于VMP控制器系统的软件可以设置参数中的所有单个变量。例如：参考功率、各类报警极限值、风速计校正值。每类风机及他们的变量都有一套参数，当调试风机时可以选择更改这些参数。当风机停机（暂停、停止或急停）时，叶片桨距角将为90 （偏离风向），当风机处于运行模式时，风机可以发电，但是当前风况决定了发电功率。发电功率由VMP控制器的OptiTip和OptiSpeed调节系统控制。每个叶片单独受控，但它们有共同的设定点。