畢業(yè)設(shè)計大容量風(fēng)力發(fā)電機(jī)組變槳系統(tǒng)的對比分析(編輯修改稿)
2025-07-02 04:25 本頁面
【文章內(nèi)容簡介】 另一個 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)通過公用通信鏈對電動機(jī)溫度、電源情況、限位開關(guān)及電動機(jī)剎車狀態(tài)等多項參數(shù)進(jìn)行監(jiān)視，一旦出現(xiàn)故障立即將槳葉轉(zhuǎn)動到安全位置。 （二） 電動變槳的構(gòu)成 元件 電動變槳系統(tǒng)主要由變槳控制器、備用電源、 伺服驅(qū)動器和電機(jī) 4個部分組成，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)動器的通訊，以及溫度檢測與控制、集中潤滑、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 個槳葉離開順槳位置。 備用電源由儲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)生停電故障時為系統(tǒng)供電，使電動變槳系統(tǒng)將槳葉從零驅(qū)動到 90176。的順槳位置。絕大多數(shù)時間里備用電源備而不用，故 3 個儲能元件共用 1 個充電器，輪換充電，以降低設(shè)備成本。 出于對工作環(huán)境的考慮，儲能元件必須免維護(hù)、可倒置、隨槳葉旋轉(zhuǎn)時無漏液，且必須滿足變槳系統(tǒng)對溫度范圍、壽命等方面的要求，通常采用蓄電池或者超級電容作為儲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）作為儲能元件時，其設(shè)計容量應(yīng)滿足 3～ 5 次順槳的需要；采用鋰電池作為儲能元件時，其設(shè)計容量可比 VRLA 適當(dāng)減少；采用超級電容作為儲能元件時， 其設(shè)計容量應(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）作為儲能元件時 ，其設(shè)計容量應(yīng)滿足 3～ 5次順槳的需要；采用鋰電池作為儲能元件時，其設(shè)計容量可比 VRLA 適當(dāng)減少；采用超級電容作為儲能元件時， 其設(shè)計容量應(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 電動變槳系統(tǒng) 變槳電機(jī) 電機(jī) （如圖示 6 所示） 是變槳動作的最終執(zhí)行元件，其特性對變槳系統(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，非常適用在對安裝空間有嚴(yán)格要求的場合 直流電機(jī)控制簡單、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)長度，對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)動中的動態(tài)控制問題，使交流伺服驅(qū)動系統(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電動變槳電機(jī) 伺服驅(qū)動器 伺服驅(qū)動器根據(jù)變槳控制器發(fā)過來的指令， 驅(qū)動電機(jī)旋轉(zhuǎn)，通過減速器后帶動槳葉旋轉(zhuǎn)，完成對槳葉角度的隨動控制。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)動器完成速度伺服功能時，變槳控制器向伺服驅(qū)動器發(fā)出速度指令，并實時統(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)動器完成位置伺服功能時，出于對 3個槳葉變槳同步性的考慮，變槳控制器向伺服驅(qū)動器同時發(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，連接簡單，但對伺服驅(qū)動器功能要求較高 。 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，剎車盤處于松開狀態(tài)，不對運(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，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 。 （三） 電動變槳系統(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)變槳時伺服驅(qū)動器通過通信總線接收主控制器的變槳命令，輸出一個較低頻率的電壓使伺服電動機(jī)低速轉(zhuǎn)動，通 10 過齒輪箱帶動槳葉緩慢進(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機(jī)的轉(zhuǎn)向，通過電動機(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。兩個行程開關(guān)來決定，從而保護(hù)槳葉角度不會超過安全范
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