【正文】 10 3 偏航控制系統(tǒng)組成和原理 偏航系統(tǒng)的組成 風(fēng)力機(jī)的偏航系統(tǒng)由偏航控制機(jī)構(gòu)和偏航驅(qū)動機(jī)構(gòu)兩大部分組成，其中偏航控制機(jī)構(gòu)包括： （ 1） 風(fēng)向傳感器 （ 2）偏航控制器 （ 3）解纜傳感器 機(jī)械驅(qū)動機(jī)構(gòu)包括： （ 1）偏航軸承 （ 2）偏航驅(qū)動裝置 （ 3）偏航制動器 偏航控制機(jī)構(gòu)是風(fēng)力機(jī)特有的伺服系統(tǒng)，機(jī)械驅(qū)動機(jī)構(gòu)則是偏航系統(tǒng)的執(zhí)行機(jī)構(gòu)。這樣就避免了各類傳感器和艙內(nèi)執(zhí)行機(jī)構(gòu)與地面主控制器之間的通信線路及控制線路。 圖 25 所示為風(fēng)力發(fā)電機(jī)控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)，針對此控制系統(tǒng)，選用集散型或分布式工業(yè)控制計算機(jī)，是絕大多數(shù)風(fēng)力發(fā)電機(jī)組選用的形式。變槳矩風(fēng)力發(fā)電機(jī)組，則在控制性能方面，大大改善，不但在起動時可對轉(zhuǎn)速進(jìn)行控制，在并網(wǎng)后則可對功率進(jìn)行控制。定槳距風(fēng)力機(jī)控制系統(tǒng)由于功率輸出是由槳葉自身的性能來限制的，槳葉的節(jié)距角在安裝時已經(jīng)固定；發(fā)電機(jī)的轉(zhuǎn)速則是由電網(wǎng)頻率限制。根據(jù)風(fēng)力機(jī)容量的大小，塔架可以制成實心鐵柱式，也可以制成鋼材晰架結(jié)構(gòu)或柔性塔架。在小型風(fēng)力機(jī)中多采用機(jī)械抱閘剎車方式實現(xiàn)制動停車，可以手動也可自動實現(xiàn)停車；在大中型 風(fēng)力機(jī)中多采用液壓或電氣制動方式實現(xiàn)抱閘停車。紐纜開關(guān)控制的安全鏈保護(hù)；若凸輪控制的自動解纜未能執(zhí)行，則紐纜情況可能會更加嚴(yán)重，當(dāng)紐纜達(dá)到極值圈數(shù)時，紐纜開關(guān)將動作，此開關(guān)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(jī)信號和不可自復(fù)故障信號，等待進(jìn)行人工解纜操作。首先松偏航閘，封鎖傳感器故障的報告，當(dāng)需要解纜且記錄數(shù)字為負(fù)時，控制偏轉(zhuǎn)電機(jī)正轉(zhuǎn)，當(dāng)需要解纜且記錄數(shù)字為正時，控制偏 轉(zhuǎn)電機(jī)反轉(zhuǎn)。 自動解纜包括計算機(jī)控制的凸輪自動解纜和紐纜開關(guān)控制的安全鏈動作計算機(jī)報警兩部分，以保證風(fēng)電機(jī)組安全。若因故障，自動解纜未起作用，風(fēng)力發(fā)電機(jī)也規(guī)定了一個極值圈數(shù)，在紐纜達(dá)到極值圈數(shù)左右時，紐纜開關(guān)動作，報紐纜故障，停機(jī)等待人工解纜。不同的風(fēng)力發(fā)電機(jī)需要解纜時的纏繞圈數(shù)都有其規(guī)定。由于風(fēng)向的不確定性，風(fēng)力發(fā)電機(jī)就需要經(jīng)常偏航對風(fēng)，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(fēng)力發(fā)電機(jī)的轉(zhuǎn)動而扭轉(zhuǎn)。 圖 24 雙饋異步感應(yīng)發(fā)電機(jī)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖 偏航系統(tǒng) 偏航系統(tǒng)是用來調(diào)整風(fēng)力機(jī)的風(fēng)輪葉片旋轉(zhuǎn)平面與空氣流動方向相對位置的機(jī)構(gòu)，因為當(dāng)風(fēng)輪葉 片旋轉(zhuǎn)平面與氣流方向垂直時，風(fēng)力機(jī)從流動的空氣中獲取的能量最大，因而風(fēng)力機(jī)的輸出功率最大。目前我國在直驅(qū)式風(fēng)機(jī)中系統(tǒng)的研究相對傳統(tǒng)機(jī)型較少，但開發(fā)直驅(qū)式風(fēng)力發(fā)電機(jī)組也是我國日后風(fēng)機(jī)制造的趨勢之一。這種直接新疆大學(xué)科學(xué)技術(shù)學(xué)院畢業(yè)論文（設(shè)計） 7 驅(qū)動式風(fēng)力發(fā)電機(jī)組由于沒有齒輪箱，零部件數(shù)量相對傳統(tǒng)風(fēng)電機(jī)組要少得多。目前，這種發(fā)電機(jī)形式成為各風(fēng)電制造廠商生產(chǎn)的主流形式 。由于繞線式異步發(fā)電機(jī)有滑環(huán)電刷，這種摩擦接觸式結(jié)構(gòu)在風(fēng)力發(fā)電惡劣的運行環(huán)境中較易出現(xiàn)故障。 發(fā)電機(jī)系統(tǒng) 現(xiàn)今，風(fēng)力發(fā)電機(jī)的單機(jī)容量越來越大。 與傳統(tǒng)的風(fēng)力發(fā)電機(jī)系統(tǒng)相比，直驅(qū)永磁風(fēng)力發(fā)電機(jī)取消了沉重的增速齒輪箱，提高了風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的可靠性和可利用率，降低了制造和維護(hù)成本，減小了機(jī)械效率損失，提高了運行效率。近年來國內(nèi)外風(fēng)力發(fā)電機(jī)組故障率最高的部件當(dāng)數(shù)齒輪箱，而齒輪箱的故障絕大多數(shù)是由于軸承的故障造成。國外一般采用 24 極的發(fā)電機(jī)。 （ 2）輸入軸的強(qiáng)度高、剛性大、加大支承，可承受大的徑向力、軸向力和傳遞大的轉(zhuǎn)矩，以適應(yīng)風(fēng)力發(fā)電的要求。增速箱的低速軸接槳葉，高速軸聯(lián)接發(fā)電機(jī)（直驅(qū)式風(fēng)力發(fā)電機(jī)則沒有齒輪箱機(jī)構(gòu)）。 隨著風(fēng)力機(jī)單機(jī)容量的不斷增加，風(fēng)力機(jī)發(fā)電效率和可靠性的不斷改善，大中型風(fēng)力機(jī)的葉片材料逐漸由玻璃纖維增強(qiáng)樹脂發(fā)展為強(qiáng)度高、質(zhì)量輕的碳纖維。由于葉尖 部分處于距離軸的最遠(yuǎn)點，整個葉片作為一個長的杠桿，擾流器產(chǎn)生的氣動阻力相當(dāng)高，足以使風(fēng)力機(jī)在幾乎沒有任何磨損的情況下迅速減速，這一過程即是槳葉空氣動力剎車。為解決這樣的問題，制造商家通過改善葉輪的制造材料，采用加強(qiáng)玻璃塑料、碳纖維強(qiáng)化塑料、鋼和鋁合成。稱槳葉的新疆大學(xué)科學(xué)技術(shù)學(xué)院畢業(yè)論文（設(shè)計） 6 這一特性為自動失速性能。 對于定槳距系統(tǒng)，其槳葉與輪轂的連接是固定的，即 當(dāng)風(fēng)速變化時，槳葉的迎風(fēng)角度不能隨之改變。 圖 22 現(xiàn)代風(fēng)力發(fā)電機(jī)的系統(tǒng)構(gòu)成 新疆大學(xué)科學(xué)技術(shù)學(xué)院畢業(yè)論文（設(shè)計） 5 風(fēng)力發(fā)電機(jī)系統(tǒng)組成部分簡介 目前研究最多的也是雙饋感應(yīng)風(fēng)力機(jī)系統(tǒng)，與傳統(tǒng)的恒速恒頻風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)相比，采用雙饋電機(jī)的變速恒頻風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)具有 風(fēng)能利用系數(shù)高，能吸收由風(fēng)速突變所產(chǎn)生的能量波動以避免主軸及傳動機(jī)構(gòu)承受過大的扭矩和應(yīng)力，以及可以改善系統(tǒng)的功率因數(shù)等但無論哪種結(jié)構(gòu)形式，風(fēng)力發(fā)電機(jī)系統(tǒng)基本包括以下幾個組成部分：風(fēng)力機(jī)槳葉系統(tǒng)，齒輪箱系統(tǒng)，發(fā)電機(jī)系統(tǒng)，控制系統(tǒng)，偏航系統(tǒng)，剎車系統(tǒng)等。如圖 21 風(fēng)機(jī)分類。本課題是在了解風(fēng)力發(fā)電機(jī)組基本組成和功能的前提下，進(jìn)一步的理解風(fēng)力發(fā)電機(jī)偏航控制系統(tǒng)的一些基本機(jī)構(gòu)和功能，了解簡單的偏航控制流程，并利用 visual 完成編制風(fēng)機(jī)偏航控制的簡易程序。如果國家政府沒有出現(xiàn)重大調(diào)整，根據(jù)市場發(fā)展預(yù)測，到 2020 年末中國風(fēng)電累計裝機(jī)容量將超過 億千瓦，年平均增長將達(dá)到 1800 萬千瓦。累計風(fēng)電裝機(jī)容量前 10 位省級地區(qū)的合計裝機(jī)容量達(dá)到 萬千瓦，占全國累計風(fēng)電裝機(jī)容量的 % 如圖 13。其中，廣州和新疆大學(xué)科學(xué)技術(shù)學(xué)院畢業(yè)論文（設(shè)計） 3 四川在 2020 年填補(bǔ)了無風(fēng)電的空白。 1996~2020 年全球風(fēng)電發(fā)展情況如圖 11 和圖 12。這一數(shù)據(jù)表明全球累計裝機(jī)實現(xiàn)了 21%的年增長，新裝數(shù)據(jù)達(dá)到 6%。 風(fēng)電的迅猛發(fā)展已經(jīng)形成了規(guī)模巨大的產(chǎn)業(yè)，因此它還可帶動一批相關(guān)產(chǎn)業(yè)和產(chǎn)品的發(fā)展，對促進(jìn)國民經(jīng)濟(jì)的發(fā)展具有重要的意義。并且在風(fēng)電場運行的風(fēng)力發(fā)電機(jī)組全部可以實現(xiàn)集中控 制和遠(yuǎn)程控制 。自從 20 世紀(jì) 80 年代現(xiàn)代并網(wǎng)風(fēng)力發(fā)電機(jī)組問世以來，隨著槳葉空氣動力學(xué)、計算機(jī)技術(shù)、控制技術(shù)、發(fā)電機(jī)技術(shù)和新材料的發(fā)展，風(fēng)力發(fā)電技術(shù)的發(fā)展極為迅速，單機(jī)容量從最初的數(shù)十千瓦級發(fā)展到最近進(jìn)入風(fēng)電場的兆瓦級機(jī)組；功率控制方式從定槳距失速控制向全槳葉變距和變速控制發(fā)展 。塔筒與監(jiān)控、變電建筑僅占風(fēng)電場 約 1%的土地，其余 99%的場地可供農(nóng)、林、牧使用。建設(shè)一個風(fēng)力發(fā)電場，從土建、安裝到投產(chǎn)，只需半年至一年時間；而煤電、核電的建設(shè)需要二至十年。 (4)風(fēng)力發(fā)電場建設(shè)周期短。 (3)由于技術(shù)進(jìn)步和產(chǎn)品批量增加，風(fēng)力發(fā)電的經(jīng)濟(jì)性日益提高，風(fēng)電成本持續(xù)下降，風(fēng)力發(fā)電的成本己接近煤電，低于油電和核電。核電的放射性廢料仍是一個較難解決的問題。風(fēng)能在轉(zhuǎn)換成電能的過程中，只降低了氣流的速度，沒有給大氣造成任何污染。風(fēng)力發(fā)電作為一種新的、安全可靠的潔凈能源，其優(yōu)越性為越來越多的人所認(rèn)識。地球自轉(zhuǎn)、公轉(zhuǎn)的影響和地形、地貌的差異，加劇了空氣流量和流向的變化，造成風(fēng)速和風(fēng)向的變化。太陽輻射對地球表面 的不均勻性加熱是風(fēng)的主要成因。在這眾多的可再生能源中，目前發(fā)展最快、商業(yè)化最廣泛、經(jīng)濟(jì)上最適用的，當(dāng)數(shù)風(fēng)力發(fā)電。所謂可再生能源就是取之不盡、用之不竭、與人類共存的能源。 關(guān)鍵詞： 風(fēng)力發(fā)電機(jī)；風(fēng)向標(biāo)；偏航控制系統(tǒng) ABSTRACT Energy, the environment is the development of human survival and the urgency of the problem to be solved. Wind power as a new source of energy for sustainable development, not only can save conventional energy sources, and reducing environmental pollution, good economic and social benefits, everincreasing importance attached. As the wind with a low energy density, random and nonstability characteristics of wind turbine is plex and everchanging amount of nonlinear uncertain systems, therefore, the control unit technology is the key to safe and efficient operation. Yaw control system as a horizontal axis wind turbine control system for an important part of. The wind turbine yaw control system is divided into two categories: passive and active yaw wind wind systems. In this paper, the design is based on largescale wind turbine anemometer, wind vane, such as sensor data, on the wind, braking, and determine the starting gate opening to synchronous speed for some time, and work operations to begin power generation. Key words: Wind turbine ； Wind vane； Yaw control system 新疆大學(xué)科學(xué)技術(shù)學(xué)院畢業(yè)論文（設(shè)計） 目錄 1 緒論 ............................................................................................................................. 1 .................................................................................................. 1 世界風(fēng)力發(fā)電的發(fā)電 ............................................................................................... 2 國內(nèi)風(fēng)力發(fā)電的發(fā)展 ............................................................................................... 2 本課題主要任務(wù) ...................................................................................................... 3 2 風(fēng)力發(fā)電機(jī)組系統(tǒng)構(gòu)成及功能簡介概述 ......................................................................... 4 風(fēng)力發(fā)電機(jī)的分類 ................................................................................................... 4 現(xiàn)代風(fēng)機(jī) ................................................................................................................. 4 風(fēng)力發(fā)電機(jī)系統(tǒng)組成部分簡介 ................................................................................. 5 風(fēng)力機(jī)槳葉系統(tǒng) ................................................................................................. 5 風(fēng)力機(jī)齒輪箱系統(tǒng) .............................................................................................. 6 發(fā)電機(jī)系統(tǒng) ........................................................................................................ 6 偏航系統(tǒng) ............................................................................................................ 7 解纜裝置 ..............................................................................