风力发电机组偏航系统自动控制设计 - 图文

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圈数都有其规定。当达到其规定的解缆圈数时，系统应自动解缆，此时启动偏航电机向相反方向转动缠绕圈数解缆，将机舱返回电缆无缠绕位置。若因故障，自动解缆未起作用，风力发电机也规定了一个极值圈数，在纽缆达到极值圈数左右时，纽缆开关动作，报纽缆故障，停机等待人工解缆。在自动解缆过程中，必须屏蔽自动偏航动作。

自动解缆包括计算机控制的凸轮自动解缆和纽缆开关控制的安全链动作计算机报警两部分，以保证风电机组安全。凸轮控制的自动解缆过程如下：根据角度传感器所记录的偏转角度情况，确定顺时针解缆还是逆时针解缆。首先松偏航闸，封锁传感器故障的报告，当需要解缆且记录数字为负时，控制偏转电机正转，当需要解缆且记录数字为正时，控制偏转电机反转。在此过程中同时检测偏航中心电机工作，系统处于待机状态，向中心控制器发出自动解缆完成信号。纽缆开关控制的安全链保护；若凸轮控制的自动解缆未能执行，则纽缆情况可能会更加严重，当纽缆达到极值圈数时，纽缆开关将动作，此开关动作将会触发安全链动作，向中心控制器发出紧急停机信号和不可自复故障信号，等待进行人工解缆操作。 2.3.6 刹车系统

其功能是当风力机需要停止运转或在大风时使风力机停止运转以达到维修或保护风力机的目的。在小型风力机中多采用机械抱闸刹车方式实现制动停车，可以手动也可自动实现停车；在大中型风力机中多采用液压或电气制动方式实现抱闸停车。 2.3.7 塔架

用来支撑风力机及机舱内各种设备，并使之离开地面一定高度，以使风力机能处于良好的风况环境下运转。根据风力机容量的大小，塔架可以制成实心铁柱式，也可以制成钢材晰架结构或柔性塔架。 2.3.8 控制系统

风力发电机组控制系统的结构图如图2.9所示。定桨距风力机控制系统由于功率输出是由桨叶自身的性能来限制的，桨叶的节距角在安装时已经固定；发电机的转速则是由电网频率限制。所以，在允许的风速范围内，该形式的控制系统在运行过程中对由于风速的变化引起输出量的变化是不作任何控制的。变桨矩风力发电机组，则在控制性能方面，大大改善，不但在起动时可对转速进行控制，在并网后则可对功率进行控制。相对于定桨距风力发电机组来说，变桨距风力发电机组的液压系统也不再是简单的执行机构，作为变距系统，它自身是一个闭环控制系统，采用了电液比例阀或电液伺服阀，控制系统水平得到了极大的改善和提高，并逐渐发展成熟。

图2.9所示为风力发电机控制系统的结构，针对此控制系统，选用集散型或分布式工业控制计算机，是绝大多数风力发电机组选用的形式。其优点是有各种功能的专用模

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块可供选择，可以方便地实现就地控制，许多控制模块可直接布置在控制对象的工作点，就地采焦信号讲行处理。这样就避免了各类传感器和舱内执行机构与地面主控制器之间的通信线路及控制线路。主控制器通过各类安装在现场的模块，对电网风况及风力发电机组的运行参数进行监控，并与其它控制模块保持通信，通过对各方面的情况进行综合分析后，发出控制指令，实现控制目的。

用户界面 输入命令，变更参数，显示运行状态、数据和故障情况 并网控制 发电机起动与切入/切出控制，起动电流控制，三相不平衡保护 主控制器 系统起/停，运行监控，其他功能模块起/停，电网、风况监测 无功补偿 根据无功功率信号分组切入或切出补偿电容 变距控制 转速控制，功率控制 液压/电机与执行系统 变桨距系统压力保持，偏航系统压力保持 偏航系统 根据风况调向并自动解缆 图2.9控制系统结构图

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3 偏航控制系统功能和原理

3.1 偏航系统概述

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偏航系统是水平轴式风力发电机组必不可少的组成系统之一，偏航系统的主要作用有两个：其一是与风力发电机组的控制系统相互配合,使风力发电机组的风轮始终处于迎风状态，充分利用风能,提高风力发电机组的发电效率；其二是提供必要的锁紧力矩,以保障风力发电机组的安全运行“偏航系统一般由偏航轴承!偏航驱动装置!偏航制动器!偏航计数器!纽缆保护装置!偏航液压回路等几个部分组成”。

风力发电机组的偏航系统一般分为主动偏航系统和被动偏航系统。

被动偏航指的是依靠风力通过相关机构完成机组风轮对风动作的偏航方式,常见的有尾舵!舵轮和下风向三种。

主动偏航指的是采用电力或液压拖动来完成对风动作的偏航方式,常见的有齿轮驱动和滑动两种形式\对于并网型风力发电机组来说,通常都采用主动偏航的齿轮驱动形式。

风力发电机组的偏航系统一般有外齿形式和内齿形式两种，偏航驱动装置可以采用电动机驱动或液压马达驱动,制动器可以是常闭式或常开式。“常开式制动器一般是指有液压力或电磁力拖动时,制动器处于锁紧状态的制动器；常闭式制动器一般是指有液压力或电磁力拖动时,制动器处于松开状态的制动器”。采用常开式制动器时,偏航系统必须具有偏航定位锁紧装置或防逆传动装置。

3.2 偏航系统的组成

风力机的偏航系统由偏航控制机构和偏航驱动机构两大部分组成，其中偏航控制机构包括：

（1）风向传感器 （2）偏航控制器 （3）解缆传感器 机械驱动机构包括： （1）偏航轴承 （2）偏航驱动装置

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（3）偏航制动器

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偏航控制机构是风力机特有的伺服系统，机械驱动机构则是偏航系统的执行机构。

3.3 偏航控制机构

偏航控制机构是风力机特有的伺服系统，用于控制风论跟踪变化稳定的风向，并且具有当电缆发生缠绕时，能够自动解除缠绕功能。 3.3.1 风向传感器

风向传感器相关的原理和性能参数参见第三章。需要说明的是风力机上安装的风向、风速计与气象和气候分析所用的测风设备不同有一些区别。具体有以下两个方面： （1）因为只用于控制偏航系统的工作，并不用于风向、风速的精确计量，因此通常精度较低。

（2）风向仪安装在机舱顶部随机舱一起转动，因此只能测量出机舱与来风方向的大致角度，以判断从哪个方向偏航对风，并不能检测出风的实际方向。因此风力机上所使的

风向

风力发电机组

风向传感器

光耦合器 输出OPT1 0/24V

光耦合器 输出OPT2

24V

24V

0/24V

0/24V 0V

0V

0/24V

图3.1 风向传感器原理图

风向仪和测风装置上的风向仪在结构和原理上有很大区别。主要使用的风向仪的结构与 原理如图3.1所示。