1偏航控制系統(tǒng)的分類與組成

1、1 偏航控制系統(tǒng)的分類與組成偏航控制系統(tǒng)的分類偏航控制系統(tǒng)主要可分為被動偏航控制系統(tǒng)和主動偏航控制系統(tǒng)兩種。其中， 被動偏航控制系統(tǒng)是當(dāng)風(fēng)輪偏離風(fēng)向時，經(jīng)過風(fēng)圧所形成的轉(zhuǎn)矩使得風(fēng)輪和風(fēng)向 相一致，其偏航力矩是ft風(fēng)力產(chǎn)生；主動偏航控制系統(tǒng)是應(yīng)用液壓機構(gòu)或者電動 機、齒輪機來使風(fēng)力機迎風(fēng)。當(dāng)前，我國多數(shù)大型風(fēng)力發(fā)電機組均采用的是主動 偏航控制系統(tǒng)，在本文中也主要分析的是主動偏航控制系統(tǒng)。偏航控制系統(tǒng)的組成偏航控制系統(tǒng)屬于一種自動控制系統(tǒng)，主要是ft控制器、執(zhí)行機構(gòu)、功率放大 器以及偏航訃數(shù)器等多個部分所組成。其各組成部分的工作原理框架圖，見下圖1所示。如圖 1所示，偏航控制系統(tǒng)的工作原理為：經(jīng)風(fēng)

2、向傳感器釆集風(fēng)向變化的數(shù)據(jù)，然后再將相關(guān)數(shù)據(jù)傳輸?shù)娇刂破鳟?dāng)中，經(jīng)過功率放大器、執(zhí)行機構(gòu)和偏航計數(shù)器的 數(shù)據(jù)處理，并且將已處理得到的數(shù)據(jù)作為參考標(biāo)準(zhǔn)進行檢測和判斷，以最終給出是 否需要偏航以及偏航方向的指令，實現(xiàn)風(fēng)輪能始終處于迎風(fēng)狀態(tài)，以最大限度的 吸收風(fēng)能的目的。系統(tǒng)硬件設(shè)計控制器設(shè)計偏航控制系統(tǒng)的硬件控制功能主要是ft控制器來實現(xiàn)的。ft于風(fēng)向瞬時波動頻繁， 但幅度不大，通常設(shè)置一定的允許偏差，如8。，如果在此偏差范圍以內(nèi)， 即可認CPU 中 進行處理， 再將所得的數(shù)據(jù)處理結(jié)果經(jīng)過數(shù)模轉(zhuǎn)換后輸出，并且經(jīng)過功率放大驅(qū)動 執(zhí)行機構(gòu)。如果系統(tǒng)需進行人工操作，還可以經(jīng)過人機交互平臺得以實現(xiàn),CPU

3、器之間的信號交換。偏航執(zhí)行機構(gòu)設(shè)計偏航執(zhí)行機構(gòu)主要ft偏航軸承、偏航電動機、偏航減速機、偏航小齒輪、偏航 齒圈、制動器、偏航液壓回路等設(shè)備所構(gòu)成。其中，關(guān)于于偏航減速機的設(shè)計，ft 于偏航速度低，驅(qū)動裝置的減速器通常采用的是多級行星減速器或者蝸輪蝸桿與 行星串聯(lián)的減速器。根據(jù)機組偏航傳動系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)需要，可以部署多個減速機驅(qū) 動裝置。裝配時必需經(jīng)過齒輪嚙合間隙調(diào)整機構(gòu)正確調(diào)整各個小齒輪與齒圈的相 互位置，使各個齒輪副的嚙合狀況相一致，以避免出現(xiàn)卡滯或偏載問題。偏航傳感器設(shè)計偏航傳感器主要用于采集和記錄偏航位移信息。位移信息通常是以肖地北向為 基準(zhǔn)，有方向性，同時傳感器的位移信息記錄也是控制器發(fā)出

4、電纜解扭指令的主 要依據(jù)。偏航傳感器的齒輪和偏航輪相嚙合，當(dāng)機艙和塔架相關(guān)于轉(zhuǎn)動時，可以將 轉(zhuǎn)動信息記錄下來，用于限制發(fā)電機組電纜扭轉(zhuǎn)的次數(shù)。系統(tǒng)軟件設(shè)訃III 于偏航控制系統(tǒng)是采用的計算機控制，因此必需依賴于控制軟件，以保證偏 航控制系統(tǒng)中各種功能的實現(xiàn)。本文所設(shè)計的系統(tǒng)軟件主程序控制流程，如下圖3所示。經(jīng)過該系統(tǒng)軟件流程，可使偏航控制系統(tǒng)實現(xiàn)自動偏航、人丄偏航、90。側(cè)風(fēng)以及自動解纜等多種功能。自動偏航功能當(dāng)偏航控制系統(tǒng)接受到中心控制器發(fā)送的需要進行自動偏航的信號后，經(jīng)過 3min 時間連續(xù)檢測風(fēng)向情況。如果風(fēng)向判定準(zhǔn)確，同時機艙不位于關(guān)于風(fēng)位置時, 則松開偏航制動，偏航電動機也開始啟動運

5、轉(zhuǎn)，并且開始偏航關(guān)于風(fēng)程序。同時，偏 航訃數(shù)器也開始工作，根據(jù)機艙所需偏轉(zhuǎn)的具體角度，使風(fēng)輪軸線方向和風(fēng)向相 一致。手動偏航功能手動偏航控制主要囊括了人工進行頂部機艙控制、面板控制以及遠程控制偏航 這三種方式。自動解纜功能自動解纜功能是偏航控制器經(jīng)過檢測偏航角度、偏航時間以及偏航傳感器，使 出現(xiàn)扭轉(zhuǎn)情況的電纜自動解開的控制進程。通常而言，十偏航控制器檢測到扭纜 達到一定圈數(shù)時（可根據(jù)實際悄況設(shè)置），如果風(fēng)力發(fā)電機組處于暫?；騿訝?態(tài)時， 則系統(tǒng)可控制自動解纜；如發(fā)電機組正處于運行狀態(tài)時，則中心控制器將 不允許解纜，偏航控制系統(tǒng)應(yīng)繼續(xù)進行正常偏航和關(guān)于風(fēng)跟蹤。如偏航控制器檢測 到扭纜狀態(tài)達到保

6、護極限時，偏航控制器經(jīng)過軟件系統(tǒng)請求中心控制器正常停 機，此時中心控制器允許偏航控制系統(tǒng)強制執(zhí)行解纜動作。當(dāng)解纜完成后，偏航 控制系統(tǒng)會發(fā)送解纜完成信號。90側(cè)風(fēng)功能風(fēng)力發(fā)電機組的 90側(cè)風(fēng)功能是在風(fēng)輪過速或遭遇切出風(fēng)速以上的 大風(fēng)時，控制系統(tǒng)為了保證風(fēng)力發(fā)電機組的安全，控制系統(tǒng)將關(guān)于機艙進行 90側(cè)風(fēng)偏航處理。正是ft于90側(cè)風(fēng)功能是在外界風(fēng)力關(guān)于發(fā)電機組有較大影響的條件下，為確保機組安全 所采取的措施，因此在該悄況下，應(yīng)當(dāng)使機艙走最短路徑，并且應(yīng)當(dāng)屏蔽自動偏航 指令。在側(cè)風(fēng)結(jié)束后，還應(yīng)當(dāng)抱緊偏航制動盤，同時當(dāng)風(fēng)向發(fā)生變化時，需繼續(xù) 追蹤風(fēng)向的變化，以確保風(fēng)力發(fā)電機組的安全。90。側(cè)風(fēng)功能的

7、控制進程與自動 偏航功能的控制相類似。3 總結(jié)本文在關(guān)于偏航控制系統(tǒng)的分類、組成及工作原理分析的基礎(chǔ)上，著重就系統(tǒng)軟 碩件設(shè)計方面的內(nèi)容進行了研究與探討。當(dāng)前，關(guān)于偏航控制系統(tǒng)的設(shè)計與研究， 是我國風(fēng)力發(fā)電機組大型化、批量化發(fā)展的需要，并且具有顯著的經(jīng)濟效益與社會 效益， 值得我們?nèi)ミM一步探索與應(yīng)用。參考文獻倪受元風(fēng)力機的工作原理和氣動力特性J.太陽能,2013(05).J.現(xiàn)代電力，2008(09).M.北京：機械工業(yè)出版社，2006.M.國電力岀版社，2003.囊括偏航電機和偏航減速齒輪機構(gòu)4-34-411000減速器組合而成（BONUSNEG-Micon機組采用這種機構(gòu)）。也有釆用一級渦輪減速器和一級行星減速器組合而成的減速器（VESTAS機構(gòu)）。偏航驅(qū)動裝置囊括偏航電機和偏航減速齒輪機構(gòu)。偏航驅(qū)動裝置通常采用開式齒輪傳動。大齒輪固定在塔架頂部靜止不動，多 采用內(nèi)齒輪結(jié)構(gòu)，小齒輪ft4-3 4-4ft偏航驅(qū)動器多釆用電機驅(qū)動，經(jīng)過齒輪減速器得到合適的輸出轉(zhuǎn)速和