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风电机组结构概述

风力发电技术发展很快，本人不揣浅陋，在此对风力发电机组的结构略作概述。

风力发电机组的机械件是指机组在各种允许的状态下，始终不带电的零部件。

相应地，风力发电机组中，在各种允许的状态下，有可能带电的零部件，称为电

气件。下面首先介绍风力发电机组的机械结构，然后介绍机组的电气结构。

一、机械结构

所有的机械件构成整个风力发电机组的机械结构。从外观结构上，可以将风电

机组划分为以下八个系统：

（一）转子

又叫叶轮、风轮，包括三个叶片和轮毂，以及相应的附件。

（二）传动系统

包括主轴、齿轮箱、联轴器三个部分。

主轴是指叶轮与发电机或者齿轮箱之间的连接部分，起支撑叶轮和传动风转矩

的作用；

齿轮箱也叫增速齿轮箱，起到增速作用；

联轴器是连接传动轴（drivingshaft，指齿轮箱高速轴）和非传动轴

（drivenshaft,指发电机前轴）的弹性部件。

对于直驱型机组，其传动系统由较大区别。以金风1.5WM系列机组为例，传动

系统比较特殊，没有齿轮箱、联轴器、主轴等部件，叶轮直接与发电机外转子（永

磁体）相连接。

（三）发电机

发电机是风力发电机组最重要的设备之一，是机电一体化的产物。从机械角度

看，发电机的安装、对中、减震等都很重要。

（四）液压系统

在风力发电机组中，液压系统是机组重要的执行系统，从液压系统的组成上来

说，它主要包括动力元件——液压泵、执行元件——液压缸和液压马达、控制元件

——各种控制阀、辅助元件——蓄能器和油箱等；从液压的应用上来说，液压系统

主要包括高速轴（或低速轴）机械刹车、液压变桨、叶尖扰流器控制、偏航阻尼控

制等四个方面。

（五）偏航系统

偏航系统的机械部件主要包括：偏航电机、偏航减速器、偏航驱动齿轮、偏航

轴承、偏航卡钳。其中偏航卡钳分为机械式偏航卡钳和液压式偏航卡两种，偏航轴

承分为滑动轴承和滚动轴承两种。

（六）支撑系统

机组的主要支撑件构成机组的支撑系统，主要包括机舱架（机架）、塔架与基

础三大部分。

（七）电气柜体

电气柜体主要包含了机组的电气控制部件，从机械角度来看，电气柜体的布

置、固定也非常重要。

（八）其它附件

除了上述七大件之外的其他部分，称为附件。如机舱罩、爬梯、助爬器、塔底

支架等附属设备。

以上八个系统的主要机械件包括：叶片、轮毂、变桨机构与变桨轴承、主轴与

主轴承、齿轮箱、联轴器、机械刹车、偏航机构与偏航轴承、液压站结构、机组润

滑装置、机舱架、机舱罩、塔架、基础等十四个部分。

二、电气结构

如果说机械件是支撑起整个风力发电机组的筋骨，那么电气件就组成了整个机

组的血液和神经系统。各个电气部件通过有机组合，构成整个机组的电气和控制系

统，简称电控系统。

风力发电机组的电气件分散于机组的各个部分，从位置上来看，电气件主要分

散于以下三个地方：（1）塔底：即塔筒内的底部，一般设置有支撑架，称之为塔

底支架，塔底支架用于放置各种电气柜和设备；（2）机舱：即塔筒顶部机舱罩包

围的部分；（3）轮毂：即连接三个叶片和主轴的部件，对于电动变桨型机组的轮

毂，其中包含了用于变桨控制的各种电气件。

用于控制风力发电机组各处执行机构的接触器、断路器、熔断器、避雷器、继

电器、电源模块，以及各个地方的供配电设备，一般都集中安装在电气柜内，风力

发电机组的电气柜主要包括：顶部控制柜、底部控制柜、变频柜、同步开关柜、各

种配电柜、变桨内电气柜等，但是并非所有机组都含有以上柜体。

尽管各种机组的电控系统设计差别很大，但是根据功能的不同，可以将当前主

流机型的整个电控系统划分为变桨系统、变速（变频）系统、主控系统、接地系统

与防雷保护四个部分。

（一）变桨系统

变桨系统（PitchSystem），也即机组的变桨控制系统，是指变桨型机组在运

行过程中，通过改变叶片桨距角来进行功率调节的机组控制子系统。变桨系统分为

液压变桨和电动变桨两种，这里的变桨主要指电动变桨这种形式，而对于液压变

桨，我们将它划归在主控部分的液压系统中。

对于电动变桨系统，一般在轮毂中设置变桨电气柜来控制叶片的变桨动作，并

检测叶片角度及其它参数，通过穿过中空的主轴的电缆（主轴电缆）来实现轮毂与

机舱控制柜之间的能量和信息传递。为了便于叙述，我们称穿过主轴中心孔的电