【正文】 圖 8為變槳距功率調(diào)節(jié)部分的梯形圖程序。在本系統(tǒng)中在過功率退槳和欠功率進槳時采用不同的變槳速度。 圖 8 變槳調(diào)功程序流程圖 在變槳距控制系統(tǒng)中，高風速段的變槳距調(diào)節(jié)功率是非常重要的部分，若退槳速度過慢則會出現(xiàn)過功率或過電流現(xiàn)象，甚至會燒毀發(fā)電機；若槳距調(diào)節(jié)速度過快，不但會出現(xiàn)過調(diào)節(jié)現(xiàn)象，使輸出功率波動較大，而且會縮短變槳缸和變槳軸承的使用壽命。為了防止頻繁的往復變槳，在功率偏差在 177。當 26 功率偏差小于零時需要進槳來增大功率，進槳時給比例閥輸出的最大電壓為 （對應(yīng)變槳速度 176。當實際功率大于額定功率時， PLC 的模擬輸出單元 CJ1WDA021 輸出與功率偏差成比例的電壓信號，并采用 LMT 指令使輸出電壓限制在 （對應(yīng)變槳速度 176。位置。若槳距角在到達 3176。位置。/s的速度變化到 15176。 風力機起動時變槳控制程序流程如圖 7 所示。在有故障停機或急停信號時， PLC控制執(zhí)行電機，使得葉片迅速變到槳距角為 90176。 二 . 系統(tǒng)的軟件設(shè)計 本系統(tǒng)的主要功能都是由 PLC 來實現(xiàn)的，當滿足風力機起動條件時， PLC 發(fā)出指令使葉片槳距角從 90176。）以模擬量的形式輸入到 PLC 的模擬輸入單元；液壓傳感器 2 也要以模擬量的形式輸入。 SLC500 系列 模擬量 I/O 模塊可以選擇由框架的背板供電 ,不需外部電源。具有輸入濾波 ,對 電氣噪聲具有高度的防護能力。 SLC500系列模擬量 （ 模塊有 4路 I/O、 4路混合 I/O 2 路輸入 /2路輸 ） 出 模塊和高密度的 8 路輸入模塊及快速響應(yīng)模 塊等。 16 點 I/O 模塊上還有可拆卸的接線端子排 ,使接 線和更換模塊更容易。 其中有負載電流達 2 A 和 2. 5 A 的大電流繼電器模塊、固態(tài)輸出模塊和最大接通信號延遲時間只 有 0. 3 ms、最大關(guān)斷信號延遲時間只有 0. 5 ms 的快速響應(yīng)直流輸入模塊。 （ 1 ）開關(guān)量 I/O 模塊。 此外，SLC500控制系統(tǒng)還提供 50 多種不同的 I/O模塊滿足用戶的不同需 求。數(shù)據(jù)文件包括與外部 I/O及所有梯形圖程序使用的與指令相關(guān)的數(shù)據(jù)信息。 SLC500 系列處理器的程序和數(shù)據(jù)是以文件的形式在內(nèi)存中存儲的。 SLC 500 有多款不同容量和內(nèi)置通訊接口的處理器可選。其中，輸入數(shù)字量約 7080 路；模擬量約 10 路；溫度量約 16 路；輸出數(shù)字量約 32路；此外，還需要用到發(fā)電機轉(zhuǎn)速測量高速計數(shù)信號。系統(tǒng)參數(shù)與接口的設(shè)計依據(jù)為 雙饋式風力發(fā)電機組變槳距系統(tǒng)。 3． 4 電動變槳控制器的設(shè)計 一 . 系統(tǒng)的硬件構(gòu)成 本文實驗中采用的電動獨立變槳距系統(tǒng)由交流伺服系統(tǒng)、伺服電機、后備電源、輪轂主控構(gòu)成。顯然對三個葉片進行獨立控制更加合理。目前的變槳距風力機大多采用三個槳葉統(tǒng)一控制的方式，即三個槳葉變換是一致的。 圖 4 電動變槳距系統(tǒng)原理圖 隨著 風力發(fā)電機技術(shù)的不斷進步，風力機已經(jīng)朝著大型化方向發(fā)展。位移傳感器采集槳葉節(jié)距角的變化與電機形成閉環(huán) PID負反饋控制。 22 PLC 圖 3 液壓變槳機構(gòu)框圖 電機變槳距控制機構(gòu)可對 每個槳葉采用一個伺服電機進行單獨調(diào)節(jié)，如圖 4 所示。液壓缸的位移由電液 比例閥進行精確控制。當液壓缸活塞桿向左移動到最大位置時，節(jié)距角為 90176。 Vestas公司推出了 OpiTip（最佳槳距角）風力發(fā)電機組，不但優(yōu)化了輸出功率，而且有效的降低的噪音。隨著變槳距風力機的廣泛應(yīng)用，許多學者和 研究人員投入了變槳距控制技術(shù)及變槳距風力機結(jié)構(gòu)的研究。風輪速度降低，減小風力機負載的沖擊，延長風電機組的使用壽命。在出現(xiàn)臺風的時，可以使葉片處于順槳，使整個風力機的受力情況大為改善，可以避 免大風損害風力機組。 定槳距控制，風力機的功率調(diào)節(jié)完全依靠葉片結(jié)構(gòu)設(shè)計發(fā)生失速效應(yīng)使高風速時功率不增大，但由于失速點的設(shè)計，很難保證風力機在失速后能維持輸出額定功率，所以一般失速后功率小于額定功率 [1][4]；而變槳距風力機可以根據(jù)風速的大小調(diào)節(jié)氣流對葉片的功角，當風速超過額定風速時，輸出功率可以穩(wěn)定在額定功率上。直到 20 世紀 90年代變槳距風力機才得到廣泛的應(yīng)用。變槳距控制的優(yōu)點是機組起動性能好，輸出功率穩(wěn)定，停機安全等；其缺點是增加了變槳距裝置，控制復雜。 2 變槳距風電機組及其控制策略 變槳距調(diào)節(jié)是沿槳葉的縱軸旋轉(zhuǎn)葉片，控制風輪的能量吸收，保持一定的輸出功率。而傳統(tǒng)的控制方法存在諸多不足，引起較大的能量損失，新型控制算法的研究和應(yīng)用，可以有效提高風能利用效率，實現(xiàn)最大風能捕獲。 最大風能捕獲是控制系統(tǒng)的重要功能之一，它直接影響的風力發(fā)電機組的運行效率。我國風電產(chǎn)業(yè)起步較晚，目前對變速風電機組 的運行特性及規(guī)律缺乏深入研究，在控制系統(tǒng)的產(chǎn)業(yè)化項目中，缺乏最優(yōu)的控制策略依據(jù)。 20世紀 90 年代，國外便開始了對變速風力機的運行特性和控制策略的研究，并取得了一系列的成果，生產(chǎn)制造出成熟可靠的商業(yè)化運營的控制系統(tǒng)產(chǎn)品。 變速變槳風力發(fā)電機組是風力發(fā)電技術(shù)發(fā)展的主流方向，控制系統(tǒng)是機組的關(guān)鍵部件之一。風力發(fā)電機向著大型化的方向發(fā)展，變槳距控制技術(shù)已經(jīng)成為風力發(fā)電的關(guān)鍵技術(shù)之一，研制電動變槳距系統(tǒng)實現(xiàn)大型風力機電動變槳距控制技術(shù)國產(chǎn)化、產(chǎn)業(yè)化的要求十分迫切。 PLC 資料網(wǎng) 目前，我國 MW 級變速恒頻風電機組電動變槳距系統(tǒng)產(chǎn)品一 直依賴進口，國外比較有代表性的有德國 LUST、 SSB、美國 GE 公司的產(chǎn)品。 世界上大型風電機組變槳距系統(tǒng)的執(zhí)行機構(gòu)主要有兩種，液壓變槳距執(zhí)行機構(gòu)和電動變槳距執(zhí)行機構(gòu)。變槳距控制的優(yōu)點是能夠確保高風速段的額定功率，額定功率點以上輸出平穩(wěn)、在額定點具有較高的風能利 用系數(shù)、提高風力機組起動性能與制動性能、提高風機的整體柔性度、減小整機和槳葉的受力狀況。目前大型風力發(fā)電機組普遍采用變槳距控制技術(shù)，例如，VESTAS的 、 V802MW， ENERCON的 、 E581MW， GE的 、 機組， REPOWER 的 MW、 MM82 2MW， NORDEX 的 S77/等都采用變槳距系統(tǒng)。近年來，我國風電產(chǎn)業(yè)規(guī)模逐步擴大，風電已成為能源發(fā)展的重要領(lǐng)域。 3． 2 變槳距控制技術(shù)簡介及變槳機構(gòu)分類 風能是可再生能源中發(fā)展最快的清潔能源，也是最具有大規(guī)模開發(fā)和商業(yè)化發(fā)展前景的發(fā)電方式。為了能夠最大可能的吸收風能變化為電能，同時在高風速下保持功率的平穩(wěn)輸出，漿距 角可以隨著風速大小從而進行自動的調(diào)節(jié)。從今后的發(fā)展趨勢來看，在大型風力發(fā)電機組中將會普遍采用變槳距技術(shù)。避免了當失速機安裝角確定后，有可能夏季發(fā)電低，而冬季又超發(fā)的問題。但是由于增加了一套變槳距機構(gòu)增加了故障發(fā)生的幾率，而且處理變槳距機構(gòu)葉片軸承故障難度大。變槳距葉片一般葉寬小，葉片輕，機頭質(zhì)量比失速機組小，不需要很大的剎車，啟動性能好。 變槳距風力機是指整個葉片繞葉片中心軸旋轉(zhuǎn)，使得葉片攻角在一定范圍內(nèi)變化，以便調(diào)節(jié)輸出功率不超過設(shè)計容許值，在機組出現(xiàn)故障時，需要緊急停機，一般應(yīng)先使葉片順漿。而是用變槳距控制，可以不用擔心風速超過了額定點后功率的控制問題，可以使發(fā)電機組的傳動系統(tǒng)具有很好的柔性，使額定功率點仍然具有很高的功率系數(shù)，這是高于額定風速的時候系統(tǒng)的基本目標 風機在正常工作時，主要是用的是功率控制，風力機 漿距調(diào)節(jié)系統(tǒng)的靈敏度決定了功率調(diào)節(jié)的速度。 上述的控制研究都是以風力機在不變風速的條件下運行的，但是在較高的風速下，機組物理性能使得能量的獲取收到了限制。在該系統(tǒng)中使用全公路車變頻器，尤其是對容量大的風力發(fā)電系統(tǒng)來說變頻器的容量顯著增加了。 18 圖 使用了永磁同步風電機，將會把發(fā)出的頻率和電壓隨著風速的變化而變化的交流電流經(jīng)三相二極管的整 流橋被整流成為直流，而后經(jīng)過大電感的濾波之后，會得到一個比較平穩(wěn)的直流電壓，再經(jīng)過 DCDC的變換成為升壓電路，最后提供了幅值比較恒定的直流電壓給需要的逆變電路，當逆變電路最終逆變成了和電網(wǎng)的頻率一樣的恒頻的電能之后就能并網(wǎng)了。 第三章 永磁 直驅(qū)同步風力發(fā)電 控制 系統(tǒng) 設(shè)計 3． 1 永磁直驅(qū)同步風力發(fā)電控制系統(tǒng) 概述 直驅(qū)式風 力發(fā)電系統(tǒng)并網(wǎng)使用了低速永磁多級發(fā)電機，所以無需安裝交流發(fā)電機和風力機之間的升速齒輪箱，無齒輪可以直接驅(qū)動系統(tǒng)。它的作用是在偏航系統(tǒng)的偏航動作失效后，電纜的紐絞達到威脅機組安全運行的程度而觸發(fā)該裝置，使機組進行緊急停機。將風向 測量儀和風機主軸軸向定位儀測量的數(shù)據(jù)，在計算機芯片中進行比較，得出偏航方向和偏航角度數(shù)據(jù)，用來控制驅(qū)動裝置實現(xiàn)偏航運動。計數(shù)器一般是一個帶控制開關(guān)的蝸輪蝸桿裝置或是與其相類似的程序。采用常開式制動時，偏航系統(tǒng)必須具有偏航定位鎖緊裝置或防逆?zhèn)鲃友b置。制動器可以是常閉式或常開式。傳動齒輪的齒面和齒根應(yīng)采取淬火處理，一般硬度值應(yīng)達到 HRC55~62。 a)外齒 形式 b)內(nèi)齒 形式圖2 偏航 齒圈結(jié)構(gòu)簡圖 （ 2)偏航驅(qū)動裝置 驅(qū)動裝置一般由驅(qū)動電機或驅(qū)動馬達、減速器、傳動齒輪、輪齒間隙調(diào)整機構(gòu)等組成。具體采用內(nèi)齒形式或外齒形式應(yīng)根據(jù)機組的具體結(jié)構(gòu)和總體布置進行選擇。輪齒可采用內(nèi)齒或外齒形 16 式。采用常開式制動器時，偏航系統(tǒng)必須具有偏航定位鎖緊裝置或防逆?zhèn)鲃友b置。偏航驅(qū)動裝置可以采用電機驅(qū)動或液壓馬達驅(qū)動，制動器可以是常閉式或常開式。偏航系統(tǒng)的一般組成結(jié)構(gòu)如圖 1 所示。 四是提供必要的阻尼力矩和鎖緊力矩，以保障風力發(fā)電機組的穩(wěn)定安全運行。 二是當風速超過額定風速后，使風力發(fā)電機的風輪偏離迎風狀態(tài)，降低風輪轉(zhuǎn)速提供調(diào)速功能。 4. 通過衰減風轉(zhuǎn)交互作用引起的震動使風機上的機械載荷極小化。 2. 當安全鏈被打開時，使用轉(zhuǎn)子作為空氣動力制動裝置把葉子轉(zhuǎn)回到羽狀位 置（安全運行）。變槳系統(tǒng)作為基本制動系統(tǒng)，可以在額定功率范圍內(nèi)對風機速度進行控制。一般變槳角度范圍為 0～ 86度。在 90 度迎角時是葉片的工作位置 。如果一個驅(qū)動器發(fā)生故障，另兩個驅(qū)動器可以安全地使風機停機 . 變槳控制系統(tǒng)是通