畢業(yè)設(shè)計(jì)大容量風(fēng)力發(fā)電機(jī)組變槳系統(tǒng)的對(duì)比分析-文庫(kù)吧
2025-04-23 04:25 本頁(yè)面
【正文】 變槳系統(tǒng)有時(shí)需要由備用電池供電進(jìn)行變槳操作（比如變槳系統(tǒng)的主電源供電失效后），因此變槳系統(tǒng)必須配備備用電池以確保機(jī)組發(fā)生嚴(yán)重故障或重大事故的情況下可以安全停機(jī)（葉片順槳到 91 度限位位置）。此外還需要一個(gè)冗余限 位開關(guān)（用 2 于 95 度限位），在主限位開關(guān)（用于 91 度限位）失效時(shí)確保變槳電機(jī)的安全制動(dòng)。 由于機(jī)組故障或其他原因而導(dǎo)致備用電源長(zhǎng)期沒(méi)有使用時(shí)，風(fēng)機(jī)主控就需要檢查備用電池的狀態(tài)和備用電池供電變槳操作功能的正常性。 每個(gè)變槳驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)都配有一個(gè)絕對(duì)值編碼器安裝在電機(jī)的非驅(qū)動(dòng)端（電機(jī)尾部），還配有一個(gè)冗余的絕對(duì)值編碼器安裝在葉片根部變槳軸承內(nèi)齒旁，它通過(guò)一個(gè)小齒輪與變槳軸承內(nèi)齒嚙合聯(lián)動(dòng)記錄變槳角度。 風(fēng)機(jī)主控接收所有編碼器的信號(hào)，而變槳系統(tǒng)只應(yīng)用電機(jī)尾部編碼器的信號(hào)，只有當(dāng)電機(jī)尾部編碼器失效時(shí)風(fēng)機(jī)主控才會(huì)控制變槳系統(tǒng) 應(yīng)用冗余編碼器的信號(hào)。 （二） 變槳的作用 根據(jù)風(fēng)速的大小自動(dòng)進(jìn)行調(diào)整葉片與風(fēng)向之間的夾角實(shí)現(xiàn)風(fēng)輪對(duì)風(fēng)力發(fā)電機(jī)有一個(gè)恒定轉(zhuǎn)速；利用空氣動(dòng)力學(xué)原理可以使槳葉順漿 90176。與風(fēng)向平行，使風(fēng)機(jī)停機(jī)。 功率調(diào)節(jié)作用 變槳距控制是最常見(jiàn)的控制風(fēng)力發(fā)電機(jī)組吸收風(fēng)能的方法，變槳目的是通過(guò)控制槳距角，調(diào)節(jié)葉輪吸收風(fēng)能的功率。在額定風(fēng)速以下時(shí)，風(fēng)力發(fā)電機(jī)組應(yīng)該盡可能的捕捉較多的風(fēng)能，槳距角設(shè)定值設(shè)定在能夠吸收最大功率的最優(yōu)值，所以這時(shí)機(jī)組運(yùn)行沒(méi)有必要改變槳距角，一般槳距角設(shè)定在 0176。 附近，以便讓葉輪盡可能多的吸收風(fēng)能，此時(shí)，空氣 動(dòng)力載荷通常比在額定風(fēng)速小。額定風(fēng)速以上階段時(shí)，變速控制器和變槳控制器共同作用，通過(guò)變速控制器即控制發(fā)電機(jī)的扭矩使其恒定，從而恒定功率；通過(guò)變槳調(diào)節(jié)發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)速，使其始終跟蹤發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)速的設(shè)定值。改變槳距角充分的吸收風(fēng)能使功率最大化，保證風(fēng)機(jī)的利用率達(dá)到最高。 氣動(dòng)剎車作用 當(dāng)風(fēng)機(jī)處于維護(hù)狀態(tài)時(shí)，提供手動(dòng)變槳及其它安全維護(hù)及檢修的功能。當(dāng)電網(wǎng)電壓掉電時(shí)，由備電電源提供電氣系統(tǒng)工作電壓，主要完成順槳功能。軸柜變槳調(diào)節(jié)方式應(yīng)分為自動(dòng) /手動(dòng)兩種模式，自動(dòng) /手動(dòng)模式設(shè)置通過(guò)兩位置開關(guān)實(shí)現(xiàn)，手動(dòng)模式正、反向調(diào)節(jié)及停止 設(shè)置通過(guò)三位置開關(guān)實(shí)現(xiàn)。當(dāng)風(fēng)機(jī)處于維護(hù)狀態(tài)且變槳調(diào) 3 節(jié)處于手動(dòng)模式時(shí)，可以實(shí)現(xiàn)每個(gè)葉片單獨(dú)變槳，但每次只能有一個(gè)軸柜可以通過(guò)相應(yīng)控制開關(guān)，使變槳電機(jī)在正、反方向旋轉(zhuǎn)來(lái)調(diào)節(jié)槳距角；其它兩個(gè)葉片槳距角必須處于 90176。位置，否則手動(dòng)變槳功能失效。 （三） 機(jī)組對(duì)變槳系統(tǒng)的要求 變槳系統(tǒng)工作環(huán)境惡劣，長(zhǎng)期承受振動(dòng)、高低 溫的影響，維護(hù)困難，故要求其具有較高的可靠性。在一定槳距角下，風(fēng)力機(jī)組俘獲的風(fēng)能與風(fēng)速的三次方成正比，特別是在高風(fēng)速段的變化，引起風(fēng)力機(jī)組俘獲風(fēng)能變化極大。為了保證平穩(wěn)控制功率，風(fēng)力機(jī)組正常運(yùn)行時(shí)要求變槳速度達(dá)到 5176。 /s～ 7176。 /s。在風(fēng)力機(jī)組出現(xiàn)故障需緊急停機(jī)時(shí)，原則上 要求在機(jī)械部件允許的應(yīng)力下，變槳加速度和速度越快越好，在 8176。 /s～ 10176。 /s。為保證功率控制的精度和穩(wěn)定性，位置誤差要求在 176。以內(nèi)。 由于槳葉在不同槳距角受到的氣動(dòng)應(yīng)力不同，風(fēng)力機(jī)組 3 個(gè)槳距角不同步將造成風(fēng)輪的氣動(dòng)不平衡，嚴(yán)重時(shí)會(huì)對(duì)風(fēng)力機(jī)組的安全運(yùn)行造成影響。因此對(duì) 3 個(gè)槳葉位置定位精度及運(yùn)動(dòng)過(guò)程的同步性有一定要求，要求同步誤差小于 176。 本質(zhì)上講，變槳系統(tǒng)是對(duì)同步性能有一定要求的三軸位置隨動(dòng)系統(tǒng)。 二、 電動(dòng)變槳 電動(dòng)變槳是用電動(dòng)機(jī)作為變槳?jiǎng)恿?，通過(guò)伺服驅(qū)動(dòng)器控制電動(dòng)機(jī)帶動(dòng)減速機(jī)的輸出軸齒輪旋轉(zhuǎn)，輸出軸齒輪與槳葉根部回轉(zhuǎn)支承的內(nèi)側(cè)的齒輪嚙合，帶動(dòng)槳葉進(jìn)行變槳。 （一） 電動(dòng)變槳系統(tǒng)的 機(jī)械 結(jié)構(gòu) 電 動(dòng)變槳系統(tǒng)以槳葉驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)（ MDS）為例， MDS 系統(tǒng)由三套獨(dú)立的變槳裝置組成，變槳系統(tǒng)如圖 （ 1） 所示。系統(tǒng)由伺服電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)器、蓄電池組、交流伺服電動(dòng)機(jī)、制動(dòng)電阻器、變速齒輪箱、旋轉(zhuǎn)光電編碼器、葉片角度編碼器以及限位開關(guān)等部分組成。機(jī)械部分包括回轉(zhuǎn)支承、減速機(jī)和傳動(dòng)裝置等。減速機(jī)固定在輪轂上，回轉(zhuǎn)支承的內(nèi)環(huán)安裝在葉片上，葉片軸承的外環(huán)固定在輪轂上。伺服電動(dòng)機(jī)帶動(dòng)減 4 速機(jī)的輸出軸小齒輪旋轉(zhuǎn)，小齒輪與回轉(zhuǎn)支承的內(nèi)環(huán)嚙合，從而帶動(dòng)回轉(zhuǎn)支承的內(nèi)環(huán)與葉片，一起旋轉(zhuǎn)，實(shí)現(xiàn)了改變槳距角的目的。某型電動(dòng)變槳風(fēng)機(jī)輪轂內(nèi)部如圖（ 2） 所示，可以看到輪轂內(nèi)部結(jié)構(gòu)，回轉(zhuǎn)支承的內(nèi)環(huán)一圈為槳葉的安裝孔，驅(qū)動(dòng)齒輪與回轉(zhuǎn)支承的內(nèi)環(huán)上的齒相 嚙合 圖 1電動(dòng)變槳系統(tǒng)驅(qū)動(dòng)示意圖 圖 2電動(dòng)變槳風(fēng)機(jī)輪轂內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖 5 伺服電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)器位于輪轂內(nèi)，它由控制器和變頻器組成，電源以及通信鏈 路通過(guò)滑環(huán)與機(jī)艙內(nèi)的風(fēng)機(jī)控制系統(tǒng)相連。變槳系統(tǒng)正常工作時(shí)由三相 230V 交流電源為伺服電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)器供電，為系統(tǒng)提供變槳?jiǎng)恿?。系統(tǒng)采用雙閉環(huán)控制，通過(guò)伺服驅(qū)動(dòng)器內(nèi)置的兩組 PID 調(diào)節(jié)器對(duì)電動(dòng)機(jī)速度和槳葉角度進(jìn)行控制。一個(gè) PID 調(diào)節(jié)器利用與電動(dòng)機(jī)同軸的旋轉(zhuǎn)光電編碼器的反饋值控制伺服電動(dòng)機(jī)的速度和輸出力矩，對(duì)交流伺服電動(dòng)機(jī)進(jìn)行空間矢量控制，以保證良好的動(dòng)態(tài)響應(yīng)以及足夠機(jī)械特性硬度，使槳葉角度不受強(qiáng)勁變化的風(fēng)力影響。
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