风力发电机偏航系统控制 - 图文 - 下载本文

湖南电气职业技术学院毕业设计(论文)

3.2.2 偏航驱动装置

包括偏航电机和偏航减速齿轮机构。

偏航驱动装置通常采用开式齿轮传动。大齿轮固定在塔架顶部静止不动,多采用内齿轮结构,小齿轮由安装在机舱?#31995;?#39537;动器驱动。参见3.2。为了得到对称的驱动扭矩,在大型风力发电机组上通常由?#25945;?#25110;多台驱动器驱动偏航系统。偏航驱动器多采用电机驱动,通过齿轮减速器得到合适的输出转速和扭矩,由于偏航速度很慢,减速器传动比很大,通常在1:1000左右,因此采用多级减速器,一般采用二到三级平行轴斜齿轮减速器和两级行星减速器组合而成(BONUS和NEG-Micon机组采用这种机构)。也有采用一级涡轮减速器和一级行星减速器组合而成的减速器(VESTAS机组采用这种机构)

图3.4 偏航减速齿轮

(?#24471;鰨?#35813;结构只是偏航减速齿轮中的小齿轮,多采用外齿轮,安装在机舱上,由偏航电机和?#19979;?#34583;杆驱动;大齿轮固定在塔架顶部,多采用内齿轮。)

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为了减小偏航驱动器的体积,也有采用低速大扭矩液压马达驱动,通过一级行星减速器装置(WIND MASTER机组采用这种机构)。

这些偏航驱动器均采用了传统的驱动装置,驱动电机、多级减速器、液压马达都已经是标准化、系列化的产品,因此在技术上都比较成熟,选用也很方便。但在NEDWIND机组中却采用了一?#21046;?#20182;类型的驱动装置-钢丝绳驱动,通过缠绕在回转支承?#31995;?#38050;丝绳两端的两个液压缸驱动,通过控制液压缸的往复运动,实现偏航、松绳、回?#20934;?#20010;运动,完成偏航运动行程,使机舱偏转一个角度。如此往复运动,实现机舱的间歇性偏航。由于每个行程中?#21152;?#26494;绳和回缸运动,运动是间歇的,因此效率很低。通常40?#31181;?#20559;航一圈。而且这种偏航驱动采用国歌电磁阀、复杂的控制油路和电控系统来控制,因此?#25910;下?#24456;高。由于采用摩擦传动,容易发生打滑现象,经常发生大风和霜?#31243;?#27668;因打滑无法偏航的情况。

3.2.3 偏航制动器

为了保证风力机停止偏航时不会因叶片受风载荷而被动偏离风向的情况,风力机上多装有偏航制动器。偏航制动器是偏航系统中的重要?#32771;?#21046;动器应在额定负载下,制动力矩稳定,其值应不小于设计值。在机组偏航过程中,制动器提供的阻尼力矩应保?#21046;?#31283;,与设计值的偏差应小于5%,制动过程不得有异常噪声。制动器在额定负载下闭合?#20445;?#21046;动衬垫和制动盘的贴合面积应不小于设计面积的50%;制动衬垫周边与制动钳体的配合间?#24230;?#19968;处应不大于0.5mm。制动器应设有自动补偿机构,?#21592;?#22312;制动衬块磨损时进行自动补偿,保证制动力矩和偏航阻尼力矩的稳定。在偏航系统中,制动器可以采用常闭式?#32479;?#24320;式两种结构形式,常闭式制动器是在有动力的条件下处于松开状态,常开式制动器则是处于锁紧状态。两?#20013;?#24335;相比较并考虑失效保护,一般采用常闭式制动器。

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采用滑动轴承的偏航系统,因轴瓦出于干摩擦和边界摩擦状态,摩擦阻力很大,加上下推力瓦?#31995;?#31783;的压力,更加大了偏航时的阻力,因此采用这种轴承的偏航系统,停止偏航?#20445;?#26426;舱不会被动偏离风向。

制动盘通常位于塔架或塔架与机舱的适配器上,一般为环状,制动盘的材质应具有足够的强度和韧性,如果采用焊接连接,材质还应具有比较好的可焊性,此外,在机组寿命期内制动盘不应出?#21046;?#21171;损坏。制动盘的连接、固定必须可靠牢固,表面粗糙度应达到Ra。

1-弹簧 2-制动钳体 3-活塞 4-活塞杆 5-制动盘 6制动衬块 7-按头 8-螺栓

图3.5 偏航制动器结构图

制动钳由制动钳体和制动衬块组成。制动钳体一般采用高强度螺栓连接用经过计算的足够的力矩固定于机舱的机架上。制动衬块应由专用的摩擦材料制成,一般推荐用铜基或铁基粉末冶金材料制成,铜基粉末冶金材料多用于湿式制动器,而铁基粉末冶金材料多用于干式制动器。一般每台风机的偏航制动器都备有2个可以更换的制动衬块。

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第4章 偏航控制系统设计及结果分析

风力机偏航控制系统从原理上?#27492;?#26159;一个位置伺服控制系统,即偏航电动机带动风力机机舱负载使其根据传感器发出的信号,进行位置调整,以达到对风。工作原理即通过风传感器检测风向、风速,并将检测到的风向信号送到微处理器,微处理器计算出风向信号与机舱位置的夹角,从而确定是否需要调整机舱?#36739;?#20197;及朝哪个?#36739;?#35843;整能尽快对准风向。当需要调整?#36739;蚴保?#24494;处理器发出一定的信号给偏航驱动机构,以调整机舱的?#36739;潁?#36798;到对准风向的目的。

4.1 偏航系统控制过程分析

4.1.1 自动偏航

为了使风力发电机吸收的功?#39318;?#22823;,发?#24188;?#22823;效能,机舱必须准确对风;因此必须使叶轮法线?#36739;?#19982;风向基本一致。当风向改变,超过允许误差范围?#20445;?#31995;统计算机发出自动偏航指令,传感器和偏航电机组成的对风系统执行校正动作,使机舱准确对风。 在实际的偏航控制中,带有解缆传感器的自动偏航控制过程分析:连续一段时间检测风向情况;根据自动偏航风向标传感器ASS信号给出偏航控制指令。当ASS=00?#20445;?#34920;明机舱己处于对风位置;若ASS=11,则表明进行的是钝角偏航,为了?#34892;?#22320;防止电缆缠绕,读上次钝角偏航?#36739;?#24182;取其反?#36739;潁?#35760;录此次偏航?#36739;潁?#33509;ASS=01,设置偏航电机正转,若ASS=10,设置偏航电机反转;偏航电机工作后启动偏航计时器计?#20445;?#25511;制偏航电机运转一定时间,再判断ASS是否为00,若ASS=00,表明机舱已对风,否则判断计时时间是否超过偏转360度所需时间,若计时时间超过偏转360度所需时间偏航电机仍未停?#26500;?#20316;,则停止偏航,向中心控制器发出安全停机信号和风向标?#25910;?#20449;号。若ASS=00,偏航计时时间不超过偏转360度所需时间?#20445;?#25511;制偏航电机继续运转,直

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到ASS=00,向中心控制器发出自动偏航完成信号并复位自动偏航标志位。自动偏航传感器ASS状态示意图,如图4.1所示,参数?#24471;?#21644;电机运行状态如表4.1所?#23613;?

图4-2 自动偏航传感器状态示意图(双箭头线表示风向标0 度位置)

表4-1 自动偏航传感器ASS 参数?#24471;?#21644;电机运行状态表

ASS 00 01 10 11

设置

已对风(在偏航精度内) 锐角偏航偏航 锐角偏航偏航 钝角偏航

电机状态 停止 电机正转 电机反转 ?#30001;?#27425;偏航情况

4.1.2 90度侧风控制

在出现特大强风,遭遇切除风速以?#31995;?#22823;风暴?#20445;?#25511;制系统对机舱作90度侧风处理。由于90度侧风是在外界环境对风电机组有较大影响的情况下(例如出现特大强风),为了保证风电机组的安全所实施的措施,所以在90度侧风?#20445;?#24212;当使机舱走最短路径,且屏蔽自动偏航指令;在侧风结束后应当抱紧偏航闸,同时当风向变化?#20445;?#32487;续追踪风向的变化,确保风力发电机组的安全。

控制过程如下?#28938;?#25454;90度侧风风向标传感器DSS的信号,当DSS=00?#20445;?#34920;明机舱已处于90度侧风位置;再判断DSS是否为10,若DSS=10,为了使机舱走最短路径,

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