【正文】 剎車閘為液壓卡鉗形式，在偏航剎車時(shí)，電磁 K1 關(guān)閉，先導(dǎo)溢流閥。制動(dòng)器在液壓驅(qū)動(dòng)管路上一般裝有一個(gè)預(yù)壓閥，以使在松閘狀態(tài)時(shí)，制動(dòng)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。 交流22 0 VFU4偏航潤滑電機(jī)～液壓泵溢流閥潤滑油氈齒輪油箱偏航軸承油脂分配器油脂分配器QF4K2電磁閥 K3 電磁閥 K4為了保證風(fēng)力機(jī)停止偏航時(shí)不會(huì)因葉片受風(fēng)載荷而被動(dòng)偏離風(fēng)向的情況，風(fēng)力機(jī)上多裝有偏航制動(dòng)器 ,在設(shè)計(jì)中采用了電磁抱閘制動(dòng)和液壓制動(dòng)兩套制動(dòng)系統(tǒng)，以防止停止偏航時(shí)機(jī)艙被動(dòng)偏離風(fēng)向。 為了得到對稱的驅(qū)動(dòng)扭矩，在設(shè)計(jì)中用四臺(tái)電機(jī)驅(qū)動(dòng)偏航系統(tǒng)。附加的電磁剎車手動(dòng)釋放裝置，在需要時(shí)可將手柄抬起剎車釋放。偏航時(shí)，電磁剎車通電，剎車釋放。 圖 自動(dòng)潤滑系統(tǒng)原理圖 偏航驅(qū)動(dòng)裝置包括偏航電機(jī)和偏航減速齒輪機(jī)構(gòu)。針對軸承的潤滑，設(shè)計(jì)了自動(dòng)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，潤滑系統(tǒng)原理圖如圖 所示。 同時(shí)，根據(jù)設(shè)計(jì)要求以及制動(dòng)電阻的選型手冊，選用了選型為 6SE64004BD165CA0 的制動(dòng)電阻。 4=， 考慮 倍的裕量 i=179。由于在偏航系統(tǒng)中采用 Bonfiglioli 公司 4個(gè) 100LB 電磁抱閘一體化的三相異步電動(dòng)機(jī)，額定電流為 。在設(shè)計(jì)中選用 CU240S DPF 型號(hào)的控制單元 。 控 制 器C X 1 0 2 0 0 0 0 0電 源 模 塊C X 1 1 0 0 0 0 0 2數(shù) 字 量 輸 入 模 塊K L 1 4 0 8數(shù) 字 量 輸 出 模 塊K L 2 1 3 4現(xiàn) 場 總 線 主 站 接 口C X 1 5 0 0 M 3 1 0總 線 末 端 模 塊K L 9 0 1 0手 動(dòng) 控 制 狀 態(tài) 顯 示編 碼 器 接 口 模 塊K L 5 0 0 1數(shù) 字 量 輸 出 模 塊K L 2 1 3 4總 線 耦 合 器B K 3 1 5 0總 線 末 端 模 塊K L 9 0 1 0位 置 編 碼 器 接 觸 器模 擬 量 輸 入 模 塊K L 3 1 2 2風(fēng) 向 、 風(fēng) 速傳 感 器安 全 總 線 端 子 模 塊K L 1 9 0 4故 障 檢 測 裝 置控 制 對 象變 頻 器 異 步 電 機(jī)P r o f i b u s D P 通 信P r o f i b u s D P 通 信中 央 監(jiān) 控 計(jì) 算 機(jī)工 業(yè) 以 太 網(wǎng) 圖 偏航控制平臺(tái) 結(jié)構(gòu)圖 為了使偏航系統(tǒng)達(dá)到很好的控制效果，為避免在不同的風(fēng)速下風(fēng)力發(fā)電機(jī)組在偏航過程中產(chǎn)生過大的振動(dòng)而造成整機(jī)的共振，設(shè)計(jì)中選用的變頻器，實(shí)現(xiàn)了在不同風(fēng)速下的變頻控制，風(fēng)速與頻率對應(yīng)的關(guān)系曲線如圖 圖 風(fēng)速與頻率對應(yīng)的關(guān)系曲線 設(shè)計(jì)中選用了 SINAMICS G120 變頻器，該變頻器是一個(gè)由多種不同功能單元組成的模塊化變頻器?？刂破骱屯ㄓ嵞K配置數(shù)量如表 ?，F(xiàn)場層由變頻器、偏航電機(jī)、風(fēng)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(shí)現(xiàn)對偏航電機(jī)的控制。網(wǎng)絡(luò)層通過TCP/IP 協(xié)議可以實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程操作、資源共享及網(wǎng)絡(luò)化 。設(shè)計(jì)中采用了 絕對值編碼器 ，選型為 HEIDENHAIN 公司 ROQ425 的絕對型多轉(zhuǎn)編碼器。 由于風(fēng)力機(jī)總是選擇最短距離最短時(shí)間內(nèi)偏航對風(fēng)，由于風(fēng)向的變化隨意性，風(fēng)力機(jī)有可能長時(shí)間往一個(gè)方向偏航對風(fēng)，這樣就會(huì)造成電纜的纏繞，如果纏繞圈過多，超過了規(guī)定值，將造成電纜的損壞。設(shè)計(jì)中測風(fēng)感器采用的 Thies Clima 公司測風(fēng)傳感器，風(fēng)向傳感器型號(hào)： 。 偏航檢測機(jī)構(gòu) 風(fēng)向信號(hào)作為偏航控制系統(tǒng)中最關(guān)鍵的輸入信號(hào)，對其準(zhǔn)確的測量將影響整個(gè)控制系統(tǒng)的性能。 伺服驅(qū)動(dòng)器與電機(jī)型號(hào)都與偏航控制電路所選類型相 同，因此電路圖如圖 42所示。此時(shí)控制系統(tǒng)參與調(diào)節(jié)，形成閉環(huán)控制 。 當(dāng)發(fā)電機(jī)輸出功率達(dá)到額定功率，則無相應(yīng)的動(dòng)作。 變槳距控制電路設(shè)計(jì) 變 槳 距是指安裝在輪轂上的葉片通過控制可以改變其槳距角的大小 ，通過伺服驅(qū)動(dòng)器控制伺服電機(jī)，伺服電機(jī)連接齒輪，從而完成調(diào)節(jié) 調(diào)整 槳 距 角的大小。 額定風(fēng)速以上，調(diào)節(jié)槳距角限制風(fēng)力機(jī)接受的風(fēng)能的增大，限制發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)速的增加，通過改變槳距角來跟蹤相應(yīng)的速度給定值。并網(wǎng)成功后，由變換器返回一個(gè)并網(wǎng)成功信號(hào)給主控制器。當(dāng)有緊急情況需要停機(jī)時(shí)，通過變槳機(jī)構(gòu)可以使槳葉迅速調(diào)節(jié)到順槳位置，起到氣動(dòng)剎車的作用，使發(fā)電機(jī)組迅速停下來。當(dāng)發(fā)電機(jī)組需要脫網(wǎng)時(shí)，可以先轉(zhuǎn)動(dòng)葉片使之減小功率。 （ 3）轉(zhuǎn)矩系數(shù) TC 和推力系數(shù) FC 為了便于把氣流作用下的風(fēng)輪機(jī)產(chǎn)生的轉(zhuǎn)矩和推力進(jìn)行比較常 以 ? 為變量作成轉(zhuǎn)矩和推力的變化曲線 ， 因此轉(zhuǎn)矩和推力也要無因次化。 風(fēng)力發(fā)電機(jī)特性系數(shù) 貝 茨理論提供了風(fēng)能的基本理論，但在討論風(fēng)輪機(jī)的能量轉(zhuǎn)換與控制時(shí)有幾個(gè)特性系數(shù)具有特別重要的意義。貝茨理論說明理想的風(fēng)能對風(fēng)輪葉片做功的最高效率是％。 從風(fēng)能公式可以看出風(fēng)能的大小與氣流密度和通過的面積成正比，與氣流速度成正比，其中 ? 和 v 隨地理位置、海拔、地形等因素而變。 如果假設(shè)空氣是不可壓縮的，由連續(xù)條件可得 VVSSVVS ??? 2211 (41) 由流體力學(xué)可知?dú)饬鞯膭?dòng)能為 mvT ? (42) 設(shè)單位時(shí)間內(nèi)氣流流過載面積為 s 的氣體的體積為 V，則 svV? 。 如圖 13 所示，我們分析一個(gè)放置在移動(dòng)的空氣中的“理想風(fēng)輪”葉片上所受到的力及移動(dòng)的空氣對風(fēng)輪葉片所做的功。貝茨理論的建立依據(jù)的假設(shè)條件是假定風(fēng)輪是理想的，能全部接受風(fēng)能并且沒有輪轂，葉片是無限多，對氣流沒有任何阻力。 4 變槳程序設(shè)計(jì) 變槳系統(tǒng) 的基礎(chǔ)理論 貝茨 (Betz)理論 世界上第一個(gè)關(guān)于風(fēng)輪機(jī)風(fēng)輪葉片接受風(fēng)能的比較完整的理論是 1919 年由A178。 （ 1） 槳距角控制輸入量模型 根據(jù)控制選擇器來選擇異步發(fā)電機(jī)的有功功率反饋值或給定值為槳距角控制功率的輸入量。當(dāng)風(fēng)速達(dá)到或超過額定風(fēng)速后，風(fēng)力發(fā)電機(jī)組進(jìn)入額定功率狀態(tài)，將轉(zhuǎn)速控制切換為功率控制，變距系統(tǒng)開始根據(jù)發(fā)電機(jī)的功率信號(hào)進(jìn)行控制。當(dāng)風(fēng)速達(dá)到起動(dòng)風(fēng)速時(shí)槳葉向 0176。 RCC 控制單元有效地減少了變槳距機(jī)構(gòu)的動(dòng)作頻率及動(dòng)作幅度，使得發(fā)電機(jī)的輸出功率保持平衡，實(shí)現(xiàn)了變槳距風(fēng)力發(fā)電機(jī)組在額定風(fēng)速以上的額定功率輸出，有效地減少了風(fēng)力發(fā)電機(jī)因風(fēng)速的變化而造成的對電網(wǎng)的不良影響。2RS不變，電磁轉(zhuǎn)矩 eT 就可以不變，發(fā)電機(jī)的功率可保持不變。2R — 折算到定子側(cè)的轉(zhuǎn)子每相電阻； X? 折算到定子側(cè)的轉(zhuǎn)子每相漏抗。 39。 圖 213 轉(zhuǎn)子電流控制器原理圖 從電磁轉(zhuǎn)矩的關(guān)系式來說明轉(zhuǎn)子電阻與發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)差率的關(guān)系。在額定功率時(shí)，發(fā)電機(jī)的轉(zhuǎn)差率能夠從 1%到 10%（ 1515 到 1650 minr ）變化，相應(yīng)的轉(zhuǎn)子平均電阻從 0 到 100%變化。 （ 2）轉(zhuǎn)子電流控制器原理 [8] 轉(zhuǎn)子電流控制器由快速數(shù)字式 PI 控制器和一個(gè)等效變阻器構(gòu) 成。內(nèi)環(huán)是一個(gè)功率伺服環(huán)，它通過轉(zhuǎn)子電流控制器（ RCC）對發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)差率進(jìn)行控制，使發(fā)電機(jī)功率跟蹤功率給定值。 （ 1） 功率控制系統(tǒng) 功率控制系統(tǒng)如圖 212所示，它由兩個(gè)控制環(huán)節(jié)組成。 功率控制 為了有效地控制高速變化的風(fēng)速引起的功率波動(dòng)，新型的變槳距風(fēng)力發(fā)電機(jī)組采用了 RCC（ Rotor Current Control）技術(shù)，即發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子電流控制技 術(shù)。功率輸出將穩(wěn)定地保持在額定值上。如果風(fēng)速和功率輸出一直低于額定值，發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)差率將降低到 2%，節(jié)距控制將根據(jù)風(fēng)速調(diào)整到最佳狀態(tài)，以優(yōu)化葉尖速比。在達(dá)到額定值前，速度給定值隨功率給定值按比例增加。 （ 4）速度控制器 B 發(fā)電機(jī)切入電網(wǎng)后，速度控制系統(tǒng) B 作用。線性的減小到 5176。風(fēng)輪在空轉(zhuǎn)狀態(tài)進(jìn)入同步轉(zhuǎn)速。 控制器包含著常規(guī)的 PD控制器和 PI控制器，接著是節(jié)距角的非線性化環(huán)節(jié)，通過非線性化處理，增益隨節(jié)距角的增加而減小，以此補(bǔ)償由于轉(zhuǎn)子空氣動(dòng)力學(xué)產(chǎn)生的 非線性，因?yàn)楫?dāng)功率不變時(shí)，轉(zhuǎn)矩對節(jié)距角的比是隨節(jié)距角的增加而增加 的。當(dāng)發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)速在同步轉(zhuǎn)速177。 （ 4） 速度控制器 A 轉(zhuǎn)速控制器 A 在風(fēng)力 發(fā)電機(jī)組進(jìn)入待機(jī)狀態(tài)或從待機(jī)狀態(tài)重新起動(dòng)時(shí)投入工作，如圖 210 所示在這些過程中通過對節(jié)距角的控制，轉(zhuǎn)速以一定的變化率上升。變距系統(tǒng)的執(zhí)行機(jī)構(gòu)是液壓系統(tǒng)，節(jié)距控制器的輸出信號(hào)經(jīng) D/A 轉(zhuǎn)換后變成電壓信號(hào)控制比例閥（或電液伺服閥），驅(qū)動(dòng)液壓缸活塞，推動(dòng)變槳距機(jī)構(gòu)，使槳葉節(jié)距角變化。 （ 2）變距控制 變距控制系統(tǒng)是一個(gè)隨動(dòng)系統(tǒng)，如圖 29 所示。 節(jié)距的給定參考值由控制器根 據(jù)風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的運(yùn)行狀態(tài)給出。 變槳距控制系統(tǒng) （ 1）變槳距控制系統(tǒng) [10] 在發(fā)電機(jī)并入電網(wǎng)時(shí)前，發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)速由速度控制器 A 根據(jù)發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)速反饋信號(hào)與給定信號(hào)直接控制；發(fā)電機(jī)并入電網(wǎng)后，速度控制 B 與功率控制器起作用。因此，為了優(yōu)化功率曲線，最新設(shè)計(jì)的變槳風(fēng)力發(fā)電機(jī)組在進(jìn)行功率控制的過程中，其功率反饋信號(hào)不再作為直接控制槳葉節(jié)距的變量。功率反饋信號(hào)與額定功率進(jìn)行比較，功率超過額定功率時(shí)，槳葉節(jié)距向迎風(fēng)面積減少的方向轉(zhuǎn)動(dòng)一個(gè)角度，反之則向迎風(fēng)面積增大的方向轉(zhuǎn)動(dòng)一個(gè)角度。 （ 3） 額定功率狀態(tài) 當(dāng)風(fēng)速達(dá)到或超過額定風(fēng)速后，風(fēng)力發(fā)電機(jī)組進(jìn)入額定功率狀態(tài)。 （ 2） 欠功率狀態(tài) 欠功率狀態(tài)是指發(fā)電機(jī)并入電網(wǎng)后，由于風(fēng)速低于額定風(fēng)速，發(fā)電機(jī)在額定功率以下的低功率狀態(tài)運(yùn)行。在發(fā)電機(jī)并入電網(wǎng)以前，變距系統(tǒng)的 節(jié)距給定值由發(fā)電機(jī)的轉(zhuǎn)速信號(hào)控制。氣流對槳葉不產(chǎn)生轉(zhuǎn)矩，當(dāng)風(fēng)速達(dá)到起動(dòng)風(fēng)速時(shí)，槳葉向 0176。 變槳距 風(fēng)力發(fā)電機(jī)組控制系統(tǒng) [2] 變槳距風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的運(yùn)行狀態(tài) 變槳距風(fēng)力發(fā)電機(jī)組根據(jù)變距系統(tǒng)所起的作用可分為三種運(yùn)行狀態(tài)，即風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的起動(dòng)狀態(tài)（轉(zhuǎn)速控制）、欠功率控制（不控制）和額定功率狀態(tài)（功率控制）。也就是說 ， 可以向 電網(wǎng)提供無功 ， 同時(shí) ， 調(diào)速系統(tǒng)調(diào) 節(jié)更靈敏 ， 風(fēng)機(jī)運(yùn)行的柔性更好 ， 有利于風(fēng)機(jī)輸出功率更平穩(wěn)和減小傳動(dòng)機(jī)械的沖擊應(yīng)力。在實(shí)際應(yīng)用中 ， 發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn) 速與風(fēng)速的對應(yīng)關(guān)系不必完全覆蓋風(fēng)速的范圍 ， 電機(jī)轉(zhuǎn)速范圍為 1100~1700RPM， 僅有部分超同 步范圍。這一點(diǎn)與鼠籠式轉(zhuǎn) 子電流頻率REf sf? 的結(jié)論是一致的 (s 為電機(jī)轉(zhuǎn)差 )。轉(zhuǎn)子機(jī)械旋轉(zhuǎn)的速度為 Mf ， 使 得定子旋轉(zhuǎn)磁場的頻率E M Rf f f??。交流發(fā)電機(jī)采用高滑差繞線式轉(zhuǎn)子的異步發(fā)電機(jī)。同樣 ， 通過調(diào)節(jié)發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子電流的大小和相位 (RCC)從而實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié) ， 進(jìn)而 實(shí)現(xiàn)追求 PC 最優(yōu)和無功功率的平衡。從圖 26 可以 看出 ， 風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速對于功率系數(shù) PC 影響很大。即仍然發(fā)揮葉片的失速效應(yīng) ， 在失速點(diǎn)之前進(jìn)行槳距調(diào)整 ， 即便槳 距調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)來不及動(dòng)作通 過葉片的失速效應(yīng)發(fā)揮作用也不會(huì)造成風(fēng)機(jī)的瞬時(shí)過載。風(fēng)機(jī)槳距調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)對風(fēng)速的反應(yīng)有一定的時(shí)延 ， 在陣風(fēng) 出現(xiàn)時(shí)槳距調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)來不及動(dòng)作而造成風(fēng)機(jī)的瞬時(shí)過載 ， 不利于風(fēng)機(jī)的運(yùn)行。在實(shí)際應(yīng)用中 ， 由于功率與風(fēng)速的三次方成正比 ， 風(fēng)速 的較小變化將造成風(fēng)能較大變化 ， 風(fēng)機(jī)輸出功率 處于不斷變化中。 風(fēng)機(jī)正 常工作時(shí) ， 主要采用功率控制。速度控制和直接 槳距控制常用于風(fēng)力發(fā)電機(jī)的起動(dòng)、停止和緊急事故處理。在額 定風(fēng)速以上時(shí) ，變槳距機(jī)構(gòu)發(fā)揮作用 ， 調(diào)整葉片攻角 ， 保證發(fā)電機(jī)的輸出功率在允許范圍內(nèi)。變槳距風(fēng)力發(fā) 電 機(jī)組的功率調(diào)節(jié)不完全依靠葉片的氣動(dòng)特性 ， 主要依靠與葉片相匹配的葉片攻角改變來進(jìn)行調(diào)節(jié)。 變 槳距風(fēng)力發(fā)電機(jī)的控制策略 為了盡可能提高 風(fēng)輪機(jī) 風(fēng)能轉(zhuǎn)換效率和保證 風(fēng)輪機(jī) 輸出功率平穩(wěn) ，風(fēng)輪機(jī) 將進(jìn)行槳距 調(diào)整。風(fēng)機(jī)采用異步發(fā)電技術(shù)，存在功率流向的不確定 性 ，發(fā)電機(jī)可能低于同步轉(zhuǎn)速運(yùn)行，也可能工作在同步轉(zhuǎn)速之上。 ， 在不同風(fēng)頻密度的地區(qū)可根據(jù)具體 情況在安裝時(shí)予以調(diào)整，但 必 須充分考慮到對于風(fēng)機(jī)失速 點(diǎn)的影響。大功率高轉(zhuǎn)速的異步發(fā)電機(jī)工作于高風(fēng)速區(qū) ，小功率低轉(zhuǎn)速的 異步 發(fā)電機(jī)則 工作于低風(fēng)速區(qū)， 由此來調(diào)整尖速比 ? ，實(shí)現(xiàn)追求 PC 最大下的整體運(yùn)行控制。 從? ?,PCf??? 的函數(shù)關(guān)系來看 ， 難以保 證在額定風(fēng)速之前 使 PC 值達(dá)到 最大 ， 特別 是 在低風(fēng)速段。當(dāng)風(fēng)速超過額定 風(fēng)速時(shí) ， 為了保持發(fā)電機(jī)輸出功率恒定 ， 必須通過 葉片失速效應(yīng) 特性來 降低 PC 值 ， 以 維持 輸出 功率 的 恒定。風(fēng)輪機(jī)的功率調(diào)節(jié)完全依靠葉片的氣動(dòng)特 性的風(fēng)力發(fā)電機(jī)組 稱為定槳距風(fēng)力發(fā)電機(jī)組。 因而風(fēng)輪機(jī)的運(yùn)行存在三個(gè)典型區(qū)： 在低風(fēng)速段，按 恒定 PC 途徑控制風(fēng)輪機(jī)直到轉(zhuǎn)速達(dá)到極限 ； 然后按恒 定轉(zhuǎn)速控制風(fēng)輪機(jī) ，直到功率最大 ； 功率最大后，風(fēng)輪機(jī) 按恒定功率控制。 從理論上講 風(fēng)輪機(jī)組的輸出功率是無限 大 的 ， 它是 風(fēng)速立方的函數(shù)。 由 (22)式 可知 ，風(fēng)機(jī)整體設(shè)計(jì)和相應(yīng)的運(yùn)行控制策略應(yīng) 在追求 PC 最大 的情況 下進(jìn)行相應(yīng)的 調(diào)整，便可增加其輸出功率。 在