【正文】 編碼器，選型為HEIDENHAIN公司ROQ425的絕對型多轉編碼器。 偏航控制機構偏航控制平臺擁有四層結構,包括網(wǎng)絡層,主站層,從站層和現(xiàn)場層。網(wǎng)絡層通過TCP/IP協(xié)議可以實現(xiàn)遠程操作、資源共享及網(wǎng)絡化。主站層由嵌入式PC、電源模塊 、現(xiàn)場總線模塊以及其他I/O模塊等組成，完成對整個系統(tǒng)的控制；從站層是智能化I/O模塊，帶內(nèi)置ProfibusDP接口的總線耦合器，完成現(xiàn)場數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)交換、控制信號輸出等功能。現(xiàn)場層由變頻器、偏航電機、風向傳感器及電磁閥等組成，完成物理量的檢測與變送、接收并執(zhí)行控制量、實現(xiàn)對偏航電機的控制。 控制器和通訊模塊置表名稱型號數(shù)量控制器CX102000001PROFIBUS 現(xiàn)場總線主站接口CX1500M3101電源模塊CX110000021數(shù)字量輸入模塊KL14081數(shù)字量輸出模塊KL21343總線耦合器BK31501安全總線端子模塊KL19041SSI 編碼器接口模塊KL50011模擬量輸入模塊KL31221總線末端模塊KL90102這些功能模塊可以通過現(xiàn)場總線ProfibusDP與上位機進行通信及數(shù)據(jù)交換；接收控制量，并將控制量送給控制對象的執(zhí)行機構；采集現(xiàn)場過程值送入上位機運算，實現(xiàn)實時控制等功能。 偏航控制平臺結構圖為了使偏航系統(tǒng)達到很好的控制效果，為避免在不同的風速下風力發(fā)電機組在偏航過程中產(chǎn)生過大的振動而造成整機的共振，設計中選用的變頻器，實現(xiàn)了在不同風速下的變頻控制， 風速與頻率對應的關系曲線設計中選用了SINAMICS G120變頻器，該變頻器是一個由多種不同功能單元組成的模塊化變頻器。兩種主要的單元是：控制單元（CU）、功率模塊（PM）。在設計中選用CU240S DPF型號的控制單元。功率模塊選用了PM240功率模塊具體型號為6SL32240BE315AA0。由于在偏航系統(tǒng)中采用Bonfiglioli公司4個100LB電磁抱閘一體化的三相異步電動機。在選擇變頻器時，依據(jù)電流相加計算，總電流 i=4=， i==25A,同時考慮了輸出功率的問題，最終選擇型號為6SL32240BE315AA0的功率模塊。同時，根據(jù)設計要求以及制動電阻的選型手冊，選用了選型為6SE64004BD165CA0的制動電阻。 偏航驅動機構 設計針對的偏航軸承采用的是回轉軸承是一種特殊結構的大型軸承，必須定時給軸承潤滑。針對軸承的潤滑，設計了自動潤滑系統(tǒng)，其由潤滑泵、油脂分配器、潤滑小齒輪、潤滑管等組成如圖，主要用于偏航軸承滾道及齒面的潤滑。選型：電機選用了單相交流電動機，為力士德YL8014型號的電機，額定功率：； 額定電壓：220V ；額定電流：4A 額定轉速：1400rpm。 自動潤滑系統(tǒng)原理圖偏航驅動裝置包括偏航電機和偏航減速齒輪機構。偏航電機：為電磁制動三相異步電動機，在三相異步電動機的基礎上附加一個直流電磁鐵制動器組成，電磁鐵的直流勵磁電源由安放在電機接線盒內(nèi)的整流裝置供給，制動器具有手動釋放裝置。偏航時，電磁剎車通電，剎車釋放。偏航停止時，電磁剎車斷電，剎車釋放將電機鎖死。附加的電磁剎車手動釋放裝置，在需要時可將手柄抬起剎車釋放。設計中選用了Bonfiglioli公司100LB電磁抱閘一體化的三相異步電動機。為了得到對稱的驅動扭矩，在設計中用四臺電機驅動偏航系統(tǒng)。通過行星齒輪減速機得到合適的輸出轉速和扭矩，由于偏航速度很慢，減速器傳動比很大，通常在1：1000左右，因此采用多級減速器，在設計中選用Bonfiglioli 700T系列的711T行星齒輪減速機。 為了保證風力機停止偏航時不會因葉片受風載荷而被動偏離風向的情況，風力機上多裝有偏航制動器,在設計中采用了電磁抱閘制動和液壓制動兩套制動系統(tǒng)，以防止停止偏航時機艙被動偏離風向。制動器在液壓驅動管路上一般裝有一個預壓閥，以使在松閘狀態(tài)時，制動液壓缸仍保持有很小的壓力，使偏航過程中仍有一定的阻力，以保證偏航的穩(wěn)定性。 液壓制動系統(tǒng)的原理設計中機組選用用10臺制動器，每臺制動器由上下兩個閘體組成。剎車閘為液壓卡鉗形式，在偏航剎車時，電磁K1關閉，先導溢流閥溢流值設定為150bar的壓力，此時剎車盤約具有150bar的壓力，使剎車片緊壓在剎車盤上，提供制動力。當需要偏航時，電磁閥K1得電打開，先導溢流閥維持在23 bar左右的一個設定值，產(chǎn)生一定的阻尼力矩，使偏航運動更加平穩(wěn)，減小機組振動。液壓泵電機為三相異步電機，品牌：恒碩 ；型號：Y80M2 ；電流： A ； 極數(shù)：2 ；額定轉速：2830 r/min ； 額定功率： 。電磁抱閘制動有兩部分組成：閘片部分和電磁部分，安裝在電動機的主軸上，當需要偏航時，電磁部分通電閘片松開，停止偏航時電磁線圈斷開，閘片抱住電動機主軸進行制動。在設計中也選用Bonfiglioli的抱閘系統(tǒng)，該抱閘系統(tǒng)通過整流模塊線圈最終得到24V的直流電來開啟閘片。同時在閘片上聯(lián)動了一個常開開關，將電磁抱閘分合狀態(tài)反饋給控制系統(tǒng)，來確保電機在電磁抱閘打開情況下啟動運轉，使設備的安全性和可靠性得到大大提高。 電磁抱閘制動原理圖 風力機偏航軟件設計風力機偏航控制系統(tǒng)工作原理是通過測風傳感器檢測風向、風速，并將檢測到的風向信號送到控制器。當需要調整方向時，控制器發(fā)出信號給偏航驅動機構，以調整機艙的方向，達到對準風向的目的。為了實現(xiàn)這樣的伺服控制，通過對整個偏航系統(tǒng)的控制過程進行分析。偏航系統(tǒng)的控制過程可以分為：自動潤滑、自動解纜、人工偏航、自動偏航。由于大自然中風的隨機性，風傳感器的測量值隨機干擾很大，為了消除干擾，保證系統(tǒng)的可靠性，綜合考慮各種濾波的優(yōu)缺點，設計中選用了一階滯后濾波法，器程序設計如下（結構文本語言編寫）函數(shù)體：out := (old_value * ( ( / time_factor))) + ( in / time_factor) 。old_value := out 。根據(jù)風向和風速的特性和經(jīng)驗值，在調用該函數(shù)塊濾波時，風向測量值的濾波平滑系數(shù)取300，風速測量值的濾波平滑系數(shù)取60。,主程序采用了連續(xù)功能圖（CFC）編寫。 主程序流程圖風電發(fā)電機組因其工作環(huán)境和設備運行方式的特殊性，對機組的潤滑提出了較高的要求。自動潤滑系統(tǒng)通過油脂潤滑泵定時定量的將偏航潤滑油脂以及偏航小齒潤滑脂連續(xù)的輸入軸承及偏航齒輪外齒面，最終到達連續(xù)潤滑效果，避免了手動潤滑的間隔性以及潤滑不均問題（過潤滑，欠潤滑）的產(chǎn)生。只有這樣才能使風力發(fā)電機組在惡劣多變的復雜工況下長期保持最佳運行狀態(tài)。① 潤滑計時及計算潤滑偏航的停止位置程序在程序設計時，潤滑時間可以自由設定，從上次執(zhí)行潤滑時開始計時，計時時間到，啟動潤滑系統(tǒng)，潤滑時間從新計時。在執(zhí)行潤滑時，若機艙位置0；潤滑偏航停止位置=機艙位置355；反之，潤滑偏航停止位置=機艙位置+355。② 判斷是否需要潤滑當風力發(fā)電機組自動運行時，設定自動潤滑時間，在機組運行過程中，從上次潤滑開始計時，若機組運行時間大于潤滑設定時間，運行時間+120h, 此時機組必須潤滑。③ 判斷是否滿足潤滑的條件當機組需要潤滑時，且風速在8m/s以下，將自行自動潤滑程序；當機組必須潤滑時，且風速在16m/s以下，將自行自動潤滑程序。④ 開始自動潤滑當機組滿足潤滑條件時，運行時間置零從新計時、屏蔽自動解纜和自動偏航，根據(jù)機艙的具體位置，判斷潤滑是的偏航方向以及計算潤滑結束時停車的位置，啟動偏航電機，當?shù)玫狡诫姍C運行的反饋信號后，啟動潤滑電機，同時打開潤滑電磁閥。該過程是以風向傳感器輸出為基準，當風向改變超過允許誤差范圍時，控制器發(fā)出自動偏航指令?？刂七^程如下： 連續(xù)一段時間檢測風向情況，為了達到很好的控制效果，在不同的角度差值下設置不同的延時時間，如控制流程圖所示，根據(jù)風向傳感器信號θ給出偏航控制指令。當θ=1800，表明機艙已處于準確對風位置，若1710≤θ≤1890，屬于誤差范圍之內(nèi)，偏航系統(tǒng)將不對稱做出任何調節(jié)。差值大于250時延時20s執(zhí)行自動偏航動作；差值小于250大于150時延時50s執(zhí)行自動偏航動作；差值小于150時延時90s執(zhí)行自動偏航動作，這樣實現(xiàn)了大角度快速執(zhí)行，小角度精確檢測執(zhí)行。在此基礎上，若θ1800表明機艙相對風向標有一個向右偏離的夾角，偏航電機啟動，機艙右偏自動對風。若θ1800表明機艙相對風向標有一個向左偏離的夾角，偏航電機啟動，機艙左偏自動對風。由于風向的不確定性，風力發(fā)電機就需要經(jīng)常偏航對風，而且偏航的方向也是不確定的，由此引起的后果是電纜會隨風力發(fā)電機的轉動而扭轉。如果風力發(fā)電機多次向同一方向轉動，就會造成電纜纏繞，絞死，甚至絞斷，因此必須設法解纜。在設計中，根據(jù)電纜的特性和機組的運行環(huán)境，當其某個方向達到5800時，若此時風速小于3m/s，即風機組不運行時，系統(tǒng)將自動解纜，此時啟動偏航電機向相反方向轉動纏繞圈數(shù)解纜，將機艙返回電纜無纏繞位置。當其某個方向達到8000時，無論機組是否運行，機組都將執(zhí)行自動解纜。若因故障，自動解纜未起作用，風力發(fā)電機組方向達到9000極值時，紐纜開關將動作，此開關動作將會觸發(fā)安全鏈動作，向中心控制器發(fā)出緊急停機信號和不可自復故障信號，等待進行人工解纜操作。6制動程序風力發(fā)電機組需要停車時，按圖所示流程進行，變槳時有兩個槳距角控制信號，一個是模擬量，可以在0~45176。內(nèi)連續(xù)調節(jié)，另一個是數(shù)字量信號，當該量從0（低電平）變?yōu)?（高電平）以后，槳距角就一直向45176。轉動，最后的槳距角是這兩個量的合成值。如圖61所示：啟動剎車變槳系統(tǒng)向45176。方向轉動 （模擬量信號）槳距角大于42176。變槳距開關量信號置1，變槳距始終向45176。方向轉動發(fā)電機轉速大于一定轉速發(fā)電機組脫網(wǎng)停機N結 論本論文通過變槳距風力發(fā)電機組控制系統(tǒng)，對加入控制系統(tǒng)的風力發(fā)電樣例系統(tǒng)進行分析。由于風能的不規(guī)則特性，對風力發(fā)電系統(tǒng)輸出功率的穩(wěn)定有很大的影響，也使功率曲線的優(yōu)化產(chǎn)生了一定的困難。我們通過利用變槳距控制系統(tǒng)，根據(jù)風速的大小來調整槳葉節(jié)距，使系統(tǒng)輸出功率穩(wěn)定，并使輸出功率曲線得到了優(yōu)化，提高了風力發(fā)電系統(tǒng)運行的可靠性。風力發(fā)電系統(tǒng)控制策略是以風速的變化為依據(jù)，風能的最大利用效率為目的，為優(yōu)化風力發(fā)電系統(tǒng)運行特性提出的控制方案。變槳距控制系統(tǒng)的設計主要采用PI控制器，根據(jù)發(fā)電機有功功率輸出和風輪機轉速反饋來調節(jié)槳葉節(jié)距。通過風輪機槳距角控制系統(tǒng)對葉片槳距角進行控制，使風力發(fā)電機組的機械部分與發(fā)電機的電氣部分配合，達到提高風能利用效率及改善供電質量的目的。利用風力發(fā)電樣例系統(tǒng)來驗證控制系統(tǒng)的可用性，并對各種仿真曲線進行分析，從而得出結論。 根據(jù)風速模型的仿真曲線，分析風輪機和發(fā)電機各部分曲線的變化情況和整個系統(tǒng)的仿真曲線圖。在并網(wǎng)以前電壓的波形基本上是正弦形狀的，轉速基本上是穩(wěn)定的。并網(wǎng)以后雖然受到了電網(wǎng)的干擾，但轉速上升到額定轉速后再沒有多大變化；電流的波形雖然是正弦的，但整體的趨向也發(fā)生了相應的波動。變槳距控制系統(tǒng)在風力發(fā)電機組起動時，通過變距來獲得足夠的起動轉矩；起動以后，當?shù)陀陬~定風速運行時的機組狀態(tài)控制為轉速,當高于額定風速運行時，通過調整槳葉節(jié)距，改變氣流對葉片的攻角，從而改變風力發(fā)電機組獲得的空氣動力轉矩，使功率輸出保持穩(wěn)定。額定風速之后的機組狀態(tài)控制主要由槳距角調節(jié)實現(xiàn)。得到的控制系統(tǒng)保持了風力發(fā)電機組運行的安全可靠性。參考文獻[1]黃素逸. 能源與節(jié)能技術. 北京中國電力出版社. 2004[2]葉杭冶. 風力發(fā)電機組的控制技術. 機械工業(yè)出版社. 2002[3]宮靖遠. 風電場工程技術手冊. 機械工業(yè)出版社. 2004[4]王承煦 張源. 風力發(fā)電. 中國電力出版社. 2002[5]李俊峰. 風力12在中國. 北京化學工業(yè)出版社. 2005[6]趙鳳山. 風力發(fā)電論文集. 金盾出版社. 2002[7]. 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