風(fēng)力發(fā)電機(jī)組偏航控制系統(tǒng)

1、第28卷第11期 兵工自動(dòng)化 Vol. 28, No. 11 2009年11月 Ordnance Industry Automation Nov. 2009 ·54·doi: 10.3969/j.issn.1006-1576.2009.11.017風(fēng)力發(fā)電機(jī)組偏航控制系統(tǒng)張嘉英,王文蘭,蔡永剛(內(nèi)蒙古工業(yè)大學(xué) 電力學(xué)院,內(nèi)蒙古 呼和浩特 010080摘要:在分析風(fēng)力發(fā)電機(jī)組偏航控制系統(tǒng)工作原理的基礎(chǔ)上設(shè)計(jì)了偏航控制器,利用單片機(jī)的軟硬件系統(tǒng)來驅(qū)動(dòng)偏航電機(jī)。最終提高了風(fēng)能的利用效率和捕獲風(fēng)能的能力,增大發(fā)電效率,使其保持到最優(yōu)的工作狀態(tài),進(jìn)一步實(shí)現(xiàn)了風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的智能控制。關(guān)

2、鍵詞:風(fēng)力發(fā)電機(jī);偏航控制;智能控制 中圖分類號(hào):TP273 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼:AWind Turbine Yaw-Control SystemZHANG Jia-ying, WANG Wen-lan, CAI Yong-gang(College of Electric Power, Inner Mongolia University of Technology, Hohhot 010080, ChinaAbstract: The yaw controller is designed based on operational principle of wind turbine yaw-control

3、 system. It can drive the yaw motor using the software and hardware system of the single chip. Finally improve the efficiency of using and tracing wind energy of wind energy source, increase the generating efficiency, and increase the generation efficiency and maintain the optimization working state

4、. Accordingly, it can further realized intelligent control of wind generating set.Keywords: Windmill generator; Yaw control; Intelligent control0 引言作為一種無污染的可再生能源,風(fēng)能開發(fā)有著巨大的經(jīng)濟(jì)、社會(huì)、環(huán)保價(jià)值和發(fā)展前景。隨著社會(huì)對能源的急劇需求,我國風(fēng)力發(fā)電的單機(jī)容量已發(fā)展到兆瓦級(jí)機(jī)組,控制方式從基本的定槳距失速型控制轉(zhuǎn)向變槳距控制,但與國際水平還有一定差距。風(fēng)力發(fā)電機(jī)設(shè)置偏航調(diào)向系統(tǒng),可以使風(fēng)輪最大程度地保持迎風(fēng)狀態(tài),從而高效地利用風(fēng)能,進(jìn)

5、一步降低發(fā)電成本,有效地保護(hù)風(fēng)力發(fā)電機(jī),是風(fēng)力發(fā)電機(jī)組電控系統(tǒng)必不可少的重要組成部分,故對其進(jìn)行研究。1 偏航控制系統(tǒng)原理圖1 硬件系統(tǒng)設(shè)計(jì)偏航系統(tǒng)的原理框圖如圖1,工作原理為:通過風(fēng)傳感器將風(fēng)向的變化傳遞到偏航電機(jī)控制回路的處理器里,判斷后決定偏航方向和偏航角度,最終達(dá)到對風(fēng)目的。為減少偏航時(shí)的陀螺力矩,電機(jī)轉(zhuǎn)速將通過同軸聯(lián)接的減速器減速后,將偏航力矩作用在回轉(zhuǎn)體大齒輪上,帶動(dòng)風(fēng)輪偏航對風(fēng)。當(dāng)對風(fēng)結(jié)束后,風(fēng)傳感器失去電信號(hào),電機(jī)停止工作,偏航過程結(jié)束。2 偏航控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)偏航系統(tǒng)可分為被動(dòng)偏航和主動(dòng)偏航2種類型,大型風(fēng)力發(fā)電機(jī)組中采用主動(dòng)偏航控制,即由調(diào)向電機(jī)將風(fēng)輪調(diào)至迎風(fēng)位置。主動(dòng)偏航需要

6、測量風(fēng)向,根據(jù)風(fēng)向和風(fēng)輪平面法線方向確定調(diào)向方向,雖結(jié)構(gòu)復(fù)雜,但迎風(fēng)過程可控。 2.1 硬件系統(tǒng)設(shè)計(jì)系統(tǒng)主電路采用1片AT89C52單片機(jī)和3片8255A 可編程并行I /O 接口芯片組成,同時(shí)配以適當(dāng)?shù)慕涌谧鳛檩斎胼敵鐾ǖ?見圖2。采用MCS -51單片機(jī)AT89C52。采用2片8255A 分別用于信號(hào)輸入和風(fēng)向傳感器輸入,第3片8255A 作為信號(hào)的輸出口。接口分配需要根據(jù)偏航控制器的特點(diǎn)以及方便連線?？紤]到風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的工作條件惡劣,氣候環(huán)境復(fù)雜,并根據(jù)偏航系統(tǒng)的控制精度要求與特點(diǎn),選用光電型風(fēng)傳感器。測風(fēng)裝置包括風(fēng)速和風(fēng)向傳感器,以及橫桿、電源、電纜元件?？蓽y量0收稿日期:2009-0

7、6-03;修回日期:2009-08-25 作者簡介:張嘉英(1976-,女,內(nèi)蒙古人,碩士,講師,從事風(fēng)力發(fā)電變漿距控制研究。張嘉英,等:風(fēng)力發(fā)電機(jī)組偏航控制系統(tǒng) ·55·360°范圍,符合EMC 標(biāo)準(zhǔn),內(nèi)置電子捕獲8位格雷碼和轉(zhuǎn)換裝置,攜帶變送器帶加熱,能夠適合惡劣環(huán)境的風(fēng)速風(fēng)向測量。圖2 單片機(jī)系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)圖2.2 軟件設(shè)計(jì)流程偏航系統(tǒng)的控制過程可以分為:風(fēng)傳感器控制的自動(dòng)偏航、90°側(cè)風(fēng)、人工偏航、自動(dòng)解纜和偏航制動(dòng)。自動(dòng)偏航控制過程中,通過風(fēng)傳感給出的風(fēng)向輸出信號(hào),由單片機(jī)判定機(jī)艙與風(fēng)向的偏離角度,根據(jù)偏離的程度和風(fēng)向傳感器的靈敏度,給出偏航控制

8、命令。當(dāng)風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的轉(zhuǎn)速大于超速上限時(shí),作偏轉(zhuǎn)90°側(cè)風(fēng)控制,同時(shí)投入氣動(dòng)剎車,脫網(wǎng),轉(zhuǎn)速降下來后,抱機(jī)械閘停機(jī)。人工偏航是當(dāng)自動(dòng)偏航失敗或風(fēng)力機(jī)需要維修時(shí),通過人工指令來進(jìn)行的偏航措施。不同的風(fēng)力發(fā)電機(jī)需要解纜時(shí)的纏繞圈數(shù)都有規(guī)定。解纜動(dòng)作包括計(jì)算機(jī)控制的凸輪自動(dòng)解纜和紐纜開關(guān)控制的安全鏈動(dòng)作計(jì)算機(jī)報(bào)警2部分,偏航系統(tǒng)控制過程的主程序如圖3。圖3主程序流程圖根據(jù)風(fēng)傳感器對角度電信號(hào)的分析,確定偏航方向的控制算法如圖4。 圖 4 偏航方向控制算法3 結(jié)束語該系統(tǒng)使迎風(fēng)調(diào)向準(zhǔn)確穩(wěn)定,為工程設(shè)計(jì)和實(shí)際應(yīng)用提供了參考依據(jù)。同時(shí),對延長調(diào)向機(jī)構(gòu)的壽命和提高發(fā)電量及發(fā)電效率,有十分重要的意義

9、。參考文獻(xiàn):1 王承煦, 張?jiān)? 風(fēng)力發(fā)電M. 北京: 中國電力出版社,2006.2 林勇剛, 李偉, 陳曉波, 等. 大型風(fēng)力發(fā)電機(jī)組獨(dú)立槳葉控制系統(tǒng)J. 太陽能學(xué)報(bào), 2005(6: 780-786.3 倪受元. 風(fēng)力機(jī)的工作原理和氣動(dòng)力特性J. 太陽能,2005(3: 160-165.4 劉定邦. 大型風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的模糊控制研究D. 重慶:重慶大學(xué)碩士學(xué)位論文, 2007: 4.5 葉杭治. 風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的控制技術(shù)M. 北京: 機(jī)械工業(yè)出版社, 2006: 86-99.6 蘇紹禹. 風(fēng)力發(fā)電機(jī)設(shè)計(jì)及運(yùn)行維護(hù)M. 北京: 中國電力出版社, 2006.7 WindTurbineComponents&Products_VerMar16068 董樹新. PID 調(diào)節(jié)器在風(fēng)機(jī)自動(dòng)控制中的應(yīng)用J. 風(fēng)力發(fā)電, 2004(2: 86-148.9 Bimal K. Bose. Ene