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(編輯修改稿)
2025-07-02 04:25 本頁(yè)面
【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 另一個(gè) PID 調(diào)節(jié)器利用與槳葉同步旋轉(zhuǎn)的角度編碼器的反饋值來控制槳葉的旋轉(zhuǎn)角度，保證槳葉的定位精度。 通過公用通信數(shù)據(jù)鏈，在變槳距主控制器的監(jiān)督下，三組槳葉能夠?qū)崿F(xiàn)高性 能的同步機(jī)制，以保證槳葉角度能夠嚴(yán)格同步 .MDS 控制器參數(shù)通過公用通信鏈對(duì)電動(dòng)機(jī)溫度、電源情況、限位開關(guān)及電動(dòng)機(jī)剎車狀態(tài)等多項(xiàng)參數(shù)進(jìn)行監(jiān)視，一旦出現(xiàn)故障立即將槳葉轉(zhuǎn)動(dòng)到安全位置。 （二） 電動(dòng)變槳的構(gòu)成 元件 電動(dòng)變槳系統(tǒng)主要由變槳控制器、備用電源、 伺服驅(qū)動(dòng)器和電機(jī) 4個(gè)部分組成，圖 3示出較為常用的一種變槳系統(tǒng)（變槳系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖 3） 圖 3 電動(dòng)變槳 控制器 結(jié)構(gòu)框圖 6 變槳系統(tǒng)及備用電源 變槳控制器是變槳系統(tǒng)的中樞，負(fù)責(zé)與風(fēng)力 機(jī)組控制器及伺服驅(qū)動(dòng)器的通訊，以及溫度檢測(cè)與控制、集中潤(rùn)滑、配電管理、監(jiān)控保護(hù)、安全鏈和人機(jī)交互等功能。從安全角度考慮，變槳控制器需在邏輯上保證在維護(hù)或者修理狀態(tài)僅能有 1 個(gè)槳葉離開順槳位置。 備用電源由儲(chǔ)能元件和充電器組成。 如圖 4 所示， 備用電源需在主電源發(fā)生停電故障時(shí)為系統(tǒng)供電，使電動(dòng)變槳系統(tǒng)將槳葉從零驅(qū)動(dòng)到 90176。的順槳位置。絕大多數(shù)時(shí)間里備用電源備而不用，故 3 個(gè)儲(chǔ)能元件共用 1 個(gè)充電器，輪換充電，以降低設(shè)備成本。 出于對(duì)工作環(huán)境的考慮，儲(chǔ)能元件必須免維護(hù)、可倒置、隨槳葉旋轉(zhuǎn)時(shí)無漏液，且必須滿足變槳系統(tǒng)對(duì)溫度范圍、壽命等方面的要求，通常采用蓄電池或者超級(jí)電容作為儲(chǔ)能元件備用電源的容量是變槳系統(tǒng)能否順利順槳的關(guān)鍵，采用閥控式密封鉛酸蓄電池（ VRLA）作為儲(chǔ)能元件時(shí)，其設(shè)計(jì)容量應(yīng)滿足 3～ 5 次順槳的需要；采用鋰電池作為儲(chǔ)能元件時(shí)，其設(shè)計(jì)容量可比 VRLA 適當(dāng)減少；采用超級(jí)電容作為儲(chǔ)能元件時(shí)， 其設(shè)計(jì)容量應(yīng)滿足 ～ 2 次變槳的需要 備用電源的容量是變槳系統(tǒng)能否順利順槳的關(guān)鍵，采用閥控式密封鉛酸蓄電池（ VRLA）作為儲(chǔ)能元件時(shí) ，其設(shè)計(jì)容量應(yīng)滿足 3～ 5次順槳的需要；采用鋰電池作為儲(chǔ)能元件時(shí)，其設(shè)計(jì)容量可比 VRLA 適當(dāng)減少；采用超級(jí)電容作為儲(chǔ)能元件時(shí)， 其設(shè)計(jì)容量應(yīng)滿足 ～ 2次變槳的需要 圖 4 風(fēng)機(jī)變槳系統(tǒng)后備電源 7 圖 5 電動(dòng)變槳系統(tǒng) 變槳電機(jī) 電機(jī) （如圖示 6 所示） 是變槳?jiǎng)幼鞯淖罱K執(zhí)行元件，其特性對(duì)變槳系統(tǒng)的性能有著重要影響。在變槳系統(tǒng)中，可采用的電機(jī)主要有 4 種：有刷直流電機(jī)、感應(yīng)異步電機(jī)、無刷直流電機(jī)和永磁同步電機(jī) 感應(yīng)異步電機(jī)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、可靠性高、但體積稍大，適用于環(huán)境條件惡劣、不易維護(hù)但控制精度要求稍低的場(chǎng)合；無刷直流電機(jī)和永磁同步電機(jī)功率密度高、體積小、控制精度高，非常適用在對(duì)安裝空間有嚴(yán)格要求的場(chǎng)合 直流電機(jī)控制簡(jiǎn)單、控制性能好，在變槳系統(tǒng)上取得了廣泛應(yīng)用。但是直流電機(jī)的電刷和換向器不僅降低了電機(jī)的可靠性，也增加了電機(jī)長(zhǎng)度，對(duì)在輪轂這種狹小空間內(nèi)的安裝使用造成了不利影響。矢量控制技術(shù)解決了交流電機(jī)在伺服驅(qū)動(dòng)中的動(dòng)態(tài)控制問題，使交流伺服驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的性能可與直流伺服系統(tǒng)相媲美，而且總體成本更低。變槳系統(tǒng)中，有刷直流電機(jī) 必定被交流伺服電機(jī)所取代。 變槳電機(jī)及減速器 回轉(zhuǎn)支撐 8 圖 6電動(dòng)變槳電機(jī) 伺服驅(qū)動(dòng)器 伺服驅(qū)動(dòng)器根據(jù)變槳控制器發(fā)過來的指令， 驅(qū)動(dòng)電機(jī)旋轉(zhuǎn)，通過減速器后帶動(dòng)槳葉旋轉(zhuǎn)，完成對(duì)槳葉角度的隨動(dòng)控制。變槳系統(tǒng)通常采用位置環(huán)、速度環(huán)、電流環(huán)的三閉環(huán)控制方式。按照位置環(huán)閉環(huán)位置的不同，伺服驅(qū)動(dòng)器功能可分為位置伺服控制和速度伺服控制兩類 圖 7 速度伺服控制環(huán)框圖 9 圖 7 示出速度伺服控制環(huán)框圖。由伺服驅(qū)動(dòng)器完成速度伺服功能時(shí)，變槳控制器向伺服驅(qū)動(dòng)器發(fā)出速度指令，并實(shí)時(shí)統(tǒng)一協(xié)調(diào)，以此保證變槳系統(tǒng)的同步。該控制方式下，伺服驅(qū)動(dòng)器接口少，功能要求較低 。 圖 8 位置伺服系統(tǒng)環(huán)框圖 圖 8 示出位置伺服控制環(huán)框圖。由伺服驅(qū)動(dòng)器完成位置伺服功能時(shí)，出于對(duì) 3個(gè)槳葉變槳同步性的考慮，變槳控制器向伺服驅(qū)動(dòng)器同時(shí)發(fā)出位置指令和速度指令，即以指定的速度到達(dá)指定位置。該控制方式下，各部件間功能耦合少，連接簡(jiǎn)單，但對(duì)伺服驅(qū)動(dòng)器功能要求較高 。 與大多數(shù)伺服系統(tǒng)不同，考慮到風(fēng)力機(jī)組的安全，變槳系統(tǒng)伺服電機(jī)的 D 端均安裝有剎車盤。在風(fēng)力機(jī)組正常運(yùn)行時(shí)，剎車盤處于松開狀態(tài)，不對(duì)運(yùn)行產(chǎn)生任何影響；當(dāng)由于機(jī)組故障或者電網(wǎng)失電等原因，風(fēng)力機(jī)組停止運(yùn)行、槳葉在順槳位置時(shí)，剎車盤處于剎車狀態(tài)，防止槳距角因風(fēng)漂移或其他原因槳葉誤動(dòng) 。 （三） 電動(dòng)變槳系統(tǒng)的工作過程 風(fēng)機(jī)在運(yùn)行和暫停模式下，槳葉連續(xù)變槳。連續(xù)變槳時(shí)伺服驅(qū)動(dòng)器通過通信總線接收主控制器的變槳命令，輸出一個(gè)較低頻率的電壓使伺服電動(dòng)機(jī)低速轉(zhuǎn)動(dòng)，通 10 過齒輪箱帶動(dòng)槳葉緩慢進(jìn)行變槳，變槳速度可低至 176。 /s，只要改變變頻器輸出電壓的相序，就能夠改變伺服電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)向，通過電動(dòng)機(jī)的正、反轉(zhuǎn)使槳葉向 90176?；蛘?0176。方向連續(xù)變槳。槳葉的極限位置由與回轉(zhuǎn)支承嚙合的位置傳感器內(nèi)部的 90176。和 0176。兩個(gè)行程開關(guān)來決定，從而保護(hù)槳葉角度不會(huì)超過安全范
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