【正文】 N 執(zhí)行人工偏航執(zhí)行自動解纜 Y Y Y執(zhí)行自動偏航 結(jié)束圖42 偏航程序流程圖此處先定義風(fēng)向角和偏航角：風(fēng)向角 α 的范圍是180176。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(jìn)行分析。當(dāng)緊急停車時，需要通過偏航調(diào)節(jié)使機(jī)艙經(jīng)過最短的路徑與風(fēng)向成90176。解纜完成后，發(fā)電機(jī)組再進(jìn)入正常發(fā)電的工作狀態(tài)[24]。時，需要啟動自動解纜控制程序，通過偏航調(diào)節(jié)使整個機(jī)艙回轉(zhuǎn)1080176。在風(fēng)電機(jī)組工作時，如果向一個方向偏航的角度過大，將使由機(jī)艙引入塔架的各類電纜發(fā)生纏繞，影響整個發(fā)電機(jī)組的正常工作。偏航角度大小的檢測通過安裝在機(jī)艙內(nèi)的角度編碼器實現(xiàn)。偏航控制系統(tǒng)框圖如圖41 所示。以PLC為控制單位設(shè)計了偏航系統(tǒng)電路圖，該線路設(shè)計考慮到了左右偏航驅(qū)動互鎖、手自動切換、左右偏航極限位置保護(hù)。電路設(shè)計見附錄一。傳感器內(nèi)部設(shè)有微處理器和增量式編碼器，對尼龍齒輪旋轉(zhuǎn)齒數(shù)進(jìn)行統(tǒng)計與判斷是否需要解纜，向哪個方向解纜以及何時停止解纜等。解纜系統(tǒng)分為解纜傳感器控制的自動解纜和紐纜開關(guān)控制的安全鏈保護(hù)兩種。 圖33　風(fēng)向傳感器結(jié)構(gòu)原理圖 偏航保護(hù)有時機(jī)艙可能長時間向一個風(fēng)向偏航數(shù)圈，這樣會造成電纜的纏繞，如果旋轉(zhuǎn)過多圈，電纜將會損壞。測量范圍為0～360176。以WAV15為例，它也是光電型傳感器,由單風(fēng)標(biāo)、格雷碼盤、光電組件組成,紅外LED 和光電三極管分別安裝于6 位格雷碼盤上下兩側(cè)的6 個窩型孔內(nèi)。在風(fēng)的動壓力作用下，取得指向的來向的一個平衡位置，即為風(fēng)向的指示。圖32 　風(fēng)速傳感器結(jié)構(gòu)原理圖 風(fēng)向的測量風(fēng)向標(biāo)一般是由尾翼、指向桿、平衡錘以及旋轉(zhuǎn)主軸四部分組成的首尾不對稱的平衡裝置。轉(zhuǎn)盤有多個齒度,發(fā)光管LED 發(fā)射的光束因磁盤的轉(zhuǎn)動而被切割,光電三極管即產(chǎn)生脈沖輸出。它通過統(tǒng)計單位時間脈沖數(shù)來測量風(fēng)速。整個感應(yīng)部分安裝在一根垂直旋轉(zhuǎn)軸上，在風(fēng)力的作用下，風(fēng)杯繞軸以正比于風(fēng)速的轉(zhuǎn)速旋轉(zhuǎn)。固定在支架上或互成90176。風(fēng)電機(jī)組上常常采用的是風(fēng)杯風(fēng)速計，它的優(yōu)點在于它與風(fēng)向無關(guān)。旋轉(zhuǎn)式風(fēng)速計的感應(yīng)部分是一個固定在轉(zhuǎn)軸上的感應(yīng)風(fēng)的組件，常用的有風(fēng)杯、螺旋槳葉片和平板葉片三種類型。 風(fēng)速的測量風(fēng)速計是測量空氣流速的儀器。 風(fēng)速風(fēng)向傳感器 風(fēng)向風(fēng)速信號作為偏航控制系統(tǒng)中最關(guān)鍵的輸入信號，對其準(zhǔn)確的測量將影響整個控制系統(tǒng)的性能。偏航系統(tǒng)通過齒輪減速器得到合適的輸出轉(zhuǎn)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，一般采用二到三級平行軸斜齒輪減速器和兩級行星減速器組合而成（BONUS和NEGMicon機(jī)組采用這種機(jī)構(gòu)）。偏航時，剎車松閘。偏航電機(jī)多為三相異步電動機(jī)，它與一個直流電磁鐵制動器配合進(jìn)行偏航。偏航驅(qū)動裝置包括偏航電機(jī)和偏航減速齒輪機(jī)構(gòu)。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。第3章 偏航系統(tǒng)硬件結(jié)構(gòu) 硬件組成風(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，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)。包括偏航系統(tǒng)、變漿距控制系統(tǒng)和液壓系統(tǒng)。對使用者來說，即使不需要具備計算機(jī)的專門知識，也能快速上手，更易于為工程技術(shù)人員接受[19]。PLC是面向工礦企業(yè)的工控設(shè)備，接口容易。這是PLC產(chǎn)品的市場生存價值。（5）環(huán)境要求低。為適應(yīng)工作現(xiàn)場的惡劣環(huán)境，還采用密封、防塵、抗震的外殼封裝結(jié)構(gòu)。另外使輸入/輸出接口電路的電源彼此獨立，以免電源之間的干擾。隔離和濾波，是抗干擾的兩大主要措施。PLC還有強(qiáng)大的自檢功能，這為它的維修提供了方便[18]。PLC的運用能夠做到在線修改程序，改變控制的方案而無需拆開機(jī)器設(shè)備， 大大縮短了傳統(tǒng)控制設(shè)備的安裝和維修時間。（3）安裝簡單，容易檢修?，F(xiàn)代PLC具有豐富的功能及各種擴(kuò)展單元、智能單元和特殊功能模塊，可以根據(jù)實際應(yīng)用對象的要求，靈活組合出要求匹配的控制系統(tǒng)。（6）通信模塊如以太網(wǎng)、RS48ProfibusDP通訊模塊等[17]。現(xiàn)場輸出接口電路由輸出數(shù)據(jù)寄存器、選通電路和中斷請求電路集成，作用PLC通過現(xiàn)場輸出接口電路向現(xiàn)場的執(zhí)行部件輸出相應(yīng)的控制信號。存放應(yīng)用軟件的存儲器稱為用戶程序存儲器。這樣，即使某個CPU出現(xiàn)故障，整個系統(tǒng)仍能正常運行[16]。等所有的用戶程序執(zhí)行完畢之后，最后將I/O映象區(qū)的各輸出狀態(tài)或輸出寄存器內(nèi)的數(shù)據(jù)傳送到相應(yīng)的輸出裝置，如此循環(huán)運行，直到停止運行。它按照PLC系統(tǒng)程序賦予的功能接收并存儲從編程器鍵入的用戶程序和數(shù)據(jù)；檢查電源、存儲器、I/O以及警戒定時器的狀態(tài)，并能診斷用戶程序中的語法錯誤。為PLC的CPU和24V直流負(fù)載電路提供電源。如果沒有一個良好的、可靠的電源系統(tǒng)是無法正常工作的。PLC及其有關(guān)的外圍設(shè)備都應(yīng)按照易于與工業(yè)控制系統(tǒng)形成一個整體，易于擴(kuò)展其功能的原則而設(shè)計。發(fā)電機(jī)增速器風(fēng)輪變槳結(jié)構(gòu)槳距控制器功率控制器功率給定發(fā)電機(jī)功率 圖24 變槳控制額定功率運行狀態(tài)框圖 主控制PLC結(jié)構(gòu)與特點PLC是一種專門在工業(yè)環(huán)境下應(yīng)用而設(shè)計的數(shù)字運算操作的電子裝置?？刂菩盘柕慕o定值是恒定的，即額定功率。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)。與啟動運行相同的道理，在變槳距風(fēng)力發(fā)電機(jī)組中，對欠功率狀態(tài)不加控制。當(dāng)轉(zhuǎn)速在同步轉(zhuǎn)速附近保持一定時間后，發(fā)電機(jī)即并入電網(wǎng)[14]。方向打開，直到發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)速上升到同步轉(zhuǎn)速附近，變槳距系統(tǒng)才開始投入工作。發(fā)電機(jī)增速器風(fēng)輪變槳結(jié)構(gòu)槳距控制器轉(zhuǎn)速控制器轉(zhuǎn)速給定 發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)速圖23 變槳控制啟動狀態(tài)（轉(zhuǎn)速控制）框圖為了使控制過程比較簡單，可以在轉(zhuǎn)速達(dá)到發(fā)電機(jī)同步轉(zhuǎn)速前對槳葉槳距并不加以控制。變槳距系統(tǒng)根據(jù)給定的槳距角參考值，調(diào)整槳距角，進(jìn)行所謂的速度控制。在發(fā)電機(jī)并入電網(wǎng)以前，變槳距系統(tǒng)的槳距角給定值由發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)速信號控制。當(dāng)風(fēng)速達(dá)到啟動風(fēng)速時，槳葉向0176。這時氣流對槳葉不產(chǎn)生轉(zhuǎn)矩。變槳距風(fēng)輪的槳葉在靜止時，槳距角為90176。變槳距是指安裝在輪轂上的葉片可以借助控制技術(shù)改變其槳距角的大小，從而改變?nèi)~片氣動特性，使槳葉和整機(jī)的受力狀況大為改善，其最重要的應(yīng)用是功率調(diào)節(jié)。緊急順槳的速度由二個節(jié)流閥171和172控制并限制到約9176。為了防止在緊急停機(jī)時，蓄能器內(nèi)油量不夠變距油缸一個行程，緊急順槳將由來自風(fēng)的自變漿力完成。順槳由部分來自蓄能器161，部分直接來自泵5 的壓力油來完成。的方向調(diào)節(jié)葉片節(jié)距。電磁閥211斷電時，先導(dǎo)管路壓力油排放到油箱；先導(dǎo)止回閥24 不再保持在雙向打開位置，但仍然保持止回閥的作用，只允許壓力油流進(jìn)缸筒。缸筒的前端通過閥192 和節(jié)流閥172 排放到油箱，葉片變距到＋88176。為了提高整個變距系統(tǒng)的動態(tài)性能，在變距油缸上也設(shè)有LVDT位置傳感器?！?8176。點劃線內(nèi)是帶控制放大器的比例閥，設(shè)有內(nèi)部LVDT反饋。變漿控制系統(tǒng)的節(jié)距控制是通過比例閥來實現(xiàn)的。在運行、暫停和停止?fàn)顟B(tài)，泵根據(jù)壓力傳感器的信號自動工作，在緊急停機(jī)狀態(tài)，泵將被迅速 斷路而關(guān)閉。系統(tǒng)的工作壓力設(shè)定范圍為130—145bar。液壓泵由壓力傳感器12的信號控制。液壓泵安裝在油箱油面以下并通過聯(lián)軸器6，由油箱上部的電動機(jī)驅(qū)動。圖22為VESTASV39 型風(fēng)電機(jī)組液壓系統(tǒng)。變槳距風(fēng)電機(jī)組的液壓系統(tǒng)與定槳距風(fēng)電機(jī)組的液壓系統(tǒng)很相似，也由兩個壓力保持回路組成。當(dāng)需要停機(jī)時，兩回路中的常開電磁閥先后失電，葉尖擾流器一路壓力油被泄回油箱，葉尖動作；稍后，機(jī)械剎車一路壓力油進(jìn)入剎車油缸，驅(qū)動剎車夾鉗，使葉輪停止轉(zhuǎn)動。通常它由兩個壓力保持回路組成，一路通過蓄能器供給葉尖擾流器，另一路通過蓄能器供給機(jī)械剎車機(jī)構(gòu)。在定槳距風(fēng)電機(jī)組中，液壓系統(tǒng)的主要任務(wù)是驅(qū)動風(fēng)電機(jī)組的氣動剎車和機(jī)械剎車；在變槳距風(fēng)電機(jī)組中，液壓系統(tǒng)主要控制變距機(jī)構(gòu)，實現(xiàn)風(fēng)電機(jī)組的轉(zhuǎn)速控制、功率控制，同時也制控機(jī)械剎車機(jī)構(gòu)。風(fēng)力發(fā)電機(jī)的液壓系統(tǒng)屬于風(fēng)力發(fā)電機(jī)的一種動力系統(tǒng)，它的主要功能是為變漿控制裝置、安全漿距控制裝置、偏航驅(qū)動和制動裝置、停機(jī)制動裝置提供液壓驅(qū)動力。同時主控制器發(fā)出指令驅(qū)動偏航電機(jī)，以調(diào)整機(jī)艙的方向，達(dá)到對準(zhǔn)風(fēng)向的目的[11]。偏航系統(tǒng)一般包括感應(yīng)風(fēng)向的風(fēng)向標(biāo)，偏航電機(jī)，偏航行星齒輪減速器，回轉(zhuǎn)體大齒輪等。當(dāng)風(fēng)向變化時，位于風(fēng)輪后面兩舵輪（其旋轉(zhuǎn)平面與風(fēng)輪旋轉(zhuǎn)平面相垂直）旋轉(zhuǎn)，并通過一套齒輪傳動系統(tǒng)使風(fēng)輪偏轉(zhuǎn)，當(dāng)風(fēng)輪重新對準(zhǔn)風(fēng)向后，舵輪停止轉(zhuǎn)動，偏航結(jié)束[10]。為了避免尾流的影響，也可將尾翼上翹，裝在較高的位置。由于小型風(fēng)力機(jī)的結(jié)構(gòu)簡單、體型較小，它 常用尾翼作為調(diào)向機(jī)構(gòu)。它主要有以下兩個功能：一是要控制風(fēng)輪跟蹤變化穩(wěn)定的風(fēng)向，以便風(fēng)輪獲得最大的風(fēng)能；二是當(dāng)風(fēng)電機(jī)組由于偏航作用，機(jī)艙內(nèi)引出的電纜發(fā)生纏繞時，自動解除纏繞。PLC 是機(jī)組控制系統(tǒng)的核心，它與風(fēng)電機(jī)組的其他部分密切聯(lián)系，保證機(jī)組的效率和安全[9]。第2章 系統(tǒng)構(gòu)成，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)電機(jī)組選用的形式。在今后的幾十年內(nèi)，國際上風(fēng)力發(fā)電行業(yè)將是發(fā)展和增長速度最快的行業(yè)，風(fēng)力發(fā)電技術(shù)也將進(jìn)入其發(fā)展迅速的黃金時期；在我國國內(nèi)，并網(wǎng)型風(fēng)電機(jī)組裝機(jī)容量的增長速度明顯在加快，離網(wǎng)型風(fēng)電機(jī)組的發(fā)展地域性廣，潛力大，裝機(jī)總?cè)萘繉⒆罱K超越并網(wǎng)型的風(fēng)電機(jī)組。而控制系統(tǒng)以PLC為主控制器，其結(jié)構(gòu)簡單，編程方便，可實施性強(qiáng)，并且具有較強(qiáng)的抗干擾能力，可靠性高，易于維護(hù)，能夠直觀的反應(yīng)現(xiàn)場信號的變化狀態(tài)，通過編程工具能夠直接觀測出系統(tǒng)的運行情況，為維護(hù)人員查找故障提供了極大的方便，從而縮短了對系統(tǒng)的維護(hù)時間。甘肅、內(nèi)蒙古、黑龍江、江蘇都紛紛開始上馬動輒10億元的風(fēng)力發(fā)電項目[7]。其中2006年1月1日正式實施的《中華人民共和國可再生能源法》。風(fēng)電的快速發(fā)展，與國家的政策扶持密不可分。從國家能源局獲悉，今年一季度我國風(fēng)力發(fā)電量達(dá)到188億kW時，%，比同期火電、水電、核電增速高出30到50個百分點。在《全球風(fēng)能展望2010》的所有預(yù)測情形中,中國都是風(fēng)能產(chǎn)業(yè)增長最快的單一國家,該報告預(yù)計,中國國內(nèi)的風(fēng)電裝機(jī)容量在2020年將達(dá)到現(xiàn)在的十倍。我國目前是全球最大的風(fēng)電市場,也是全球最大的風(fēng)力發(fā)電機(jī)組生產(chǎn)基地。在我國風(fēng)力資源較豐富的邊遠(yuǎn)、無電、缺電地區(qū)適合發(fā)展中小型獨立運行的風(fēng)電系統(tǒng)，以解決這些地區(qū)的生活用電和部分生產(chǎn)用電；在風(fēng)力資源豐富的南方，電網(wǎng)通達(dá)的地區(qū)，應(yīng)以發(fā)展較大規(guī)模的并網(wǎng)風(fēng)電系統(tǒng)為主，補(bǔ)充和部分替代常規(guī)能源，提高當(dāng)?shù)氐沫h(huán)境質(zhì)量[5]。預(yù)計到2010年，歐洲海上風(fēng)電的裝機(jī)容量將達(dá)到10000MW。到2003年末，圍繞歐洲海岸線，海上風(fēng)電總裝機(jī)600MW。由于海上具有風(fēng)能豐富、地域平坦寬廣等特點，海上風(fēng)電場的多兆瓦級風(fēng)電機(jī)組商業(yè)化運行是風(fēng)能領(lǐng)域的新的發(fā)展趨勢。根據(jù)丹麥RIS國家研究實驗室對安裝在丹麥的風(fēng)電機(jī)組所進(jìn)行的評估，從1981～2002年間，預(yù)計2010年度電成本下降至3歐分/kWh，[4]。表11 截止到2011年世界新增風(fēng)電裝機(jī)容量最多的10個國家排名國家裝機(jī)容量（MW）排名國家裝機(jī)容量（MW）1中國176316加拿大12672美國68107西班牙10503印度30198意大利9504