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千名國內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，到現在為止，我們的產品線已經實現從2兆瓦到10兆瓦，一方面實現變槳系統(tǒng)價格的大幅降低，而且還實現變槳系統(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，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，現在還沒有比較成熟的一個產業(yè)鏈，而且液壓變槳系統(tǒng)對安裝、維護的要求都比較高，而電動變槳在國內相對來說應用更加廣泛一點，并且有了比較成熟的產業(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動葉片進行調整的雙驅方案。采用雙驅方案，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方案之后，我們對單個變槳驅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。第四部分的內容就是在雙驅變槳系統(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。首先雙驅變槳系統(tǒng)最大的難點就是要實現兩個電機同步控制，保證兩個電機的同時出力，它有兩個驅動電源，變槳系統(tǒng)是工作在需要頻繁來回調槳的工作狀態(tài)，如果兩個電機不能出現同步出力，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)，同軸兩個驅動器是主軸方式，主機可以工作在速度模式，兩個驅動機之間可以實現一毫秒實時通訊，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，高速準確實現變槳動作。因為同軸有兩個驅動單元，一個驅動單元發(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這個功能。對于以前傳統(tǒng)的單電機驅動的變槳系統(tǒng)，如果驅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，但是對于雙驅變槳系統(tǒng)就不存在這個問題。因為有兩個驅動單元，它只有當兩個驅動單元同時失效的情況下，才會出現葉片不能受槳。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、數據進行備份，對于傳統(tǒng)的單電機有些故障必須要停機，但是雙驅系統(tǒng)可以利用備份的數據和信息。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。我們這套雙驅變槳系統(tǒng)的樣機是在2020年實現了成功并網，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，我們已經實現了批量交付。經過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，我們看到從兩個驅動器磨損情況是基本一致的，沒有出現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！
（根據演講速記整理，未經演講人審核）
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