内容发布更新时间 : 2024/11/10 10:11:52星期一 下面是文章的全部内容请认真阅读。

一． 偏航的构成及原理：

偏航系统主要由偏航测量及偏航驱动部分，机械传动部分，扭缆保护装置三大部分组成，其各部分组成及工作原理如下：

（一）、偏航测量及偏航驱动部分：

偏航测量及偏航驱动主要由风向标、偏航识别和偏航执行机构组成。

1． 测量：

风机对风的测量主要是由风向标来完成。随着数字电路的发展，风向标的种类也有许多。风向标是一种光电感应传感器。有一种内部带有一个8位的格雷码盘，当风向标随

风转动时，同时也带动格雷码盘转动，由此得到不同的格雷码盘，通过光电感应元件，变成一组8位数字信号传入单板机。格雷码盘将360°分成256个区，每个区为1.41°，

固其测量精度为1.41°.另一种风向标在转动时，将同时带动两个传感器一起转动，风向标正向是一号传感器，为0°轴，二号传感器同一号传感器成90°夹角，为90°轴，这样

就将形成一个虚拟的坐标，坐标里有4个象限，当风向标转动后，就会同风机现在的方向形成夹角，而风机现在的方向必定会落在风向标所带的坐标象限内，这样一来就会

使风机偏航，偏航动作见表

2.偏航识别和执行机构

当风向标的信号被采集后，通过数据传输到工业单板机.工业单板机通过程序计算后进行判断，是否应偏航?当确定须偏航后，计算机发出偏航动作信号.信号经放大后先驱动顺偏或逆偏继电器，再由继电器驱动接触器吸合，使偏航电机带电运行来完成顺时针或逆时针转动对风.偏航正、反向驱动电路是互为闭锁回路。 （二）机械传动部分

传动部分主要由偏航电机、偏航减速机构、偏航小齿轮、偏航齿圈、偏航刹车组成。 1． 偏航电机

各类风机都采胩三相异步电动机，额定功率BONUS150KW风机为0.55KW，TACKE 600KW风机为2.2KW，AN BONUS450KW风机为0.55KW(双电机)，JACOBS500KW风机为0.55KW(双电机)，国产化600KW风机为0.55KW(双电机)，都带有电磁闸.双电机可增加齿面的接触面积，增大啮合强度，转动更平稳. 2.偏航减速机构

减速器一般都由二通讯组成.第一级都是螺旋齿轮减速器，第二级为行里齿轮减速器.TACKE风机为使偏航转动平稳，还单独安装了一个减速器. 3.偏航小齿轮和偏航齿盘

小齿轮由偏航电机经减速器减速后驱动，带动机舱在偏航齿盘上转动，偏航齿盘固定在塔架上是不动的，这样就可使机舱能正确对风叶轮能转动对风. 4.偏航刹车及减振

除了150KW风机只有电磁闸以外，其它的风机还都带有液压刹车.在液压刹车里，TACKE600KW、JACOBS500KW及国产化600KW风机采用盘式刹车，AN BONUS450KW风机采用撑杆式刹车。并且JACBOS500KW和国产化600KW风机在偏航时，液压刹车不带有一定的余压，使转动平稳，减小叶轮因偏航引起的振动，保护偏航轴承，150KW风机还装有五个滑爪，滑爪由上滑靴构成，上滑靴为一个尼龙块，下滑靴中有一长方形的槽，槽内有二组碟簧上放一个长方形的铜块，偏航齿盘夹在上、下滑靴之间，通过螺栓可以调节偏航盘与滑靴之间的间隙，依靠滑块与偏航盘之间的磨擦力减小由偏航引起的振动。 （三）扭缆保护装置

扭缆保护一般由凸轮控制器（或偏航位置传感器）和扭缆开关组成

凸轮控制器由小齿轮与偏航盘相啮合，在偏航动作的同时也会带动凸轮控制器内部的齿轮转动，当转动一定圈后会触动机械开关动作。计算机接收到后就进行判断，是否需要解缆。一般凸轮控制器有三个开关顺偏位置开关、中间位置开关、逆偏位置开关。

TACKE600KW风机是靠偏航位置传感器来进行扭缆测量的。这个装置由两个距半个齿间隔的记数传感器组成，当偏航动作后，由这两个记数据传感器记录偏航齿圈上的齿数，

由计算机进行数据运算来识别偏航的圈数，转过3圈后，进行无条件解缆。电缆转动将金属线在电缆上，当金属线都绕在电缆上后会拉动此开关，使风机立即停止偏航，这是最后一道保护，只有在计算机控制失放后动作。其绕在电缆上的金属线的长度一般设为4倍的电缆线周长。 二． 偏航系统的技术特点

1． 偏航系统都能对风向变化进行自动识别，并进行自动对风。

2． 偏航系统的电机都有采用软起动方式，减少了起动电流对电机的冲击，并使起动平稳，延长电机寿命。 3． 偏航系统都安装有减速器，使转起动平稳，减小撞击。 4． 风机偏航系统都有扭缆保护装置，使其自动运行更安全可靠。 5． 偏航系统都有可靠的执行电路来进行工作。 6． 偏航系统都具有锁定状装置，以提高风机的可靠性。( 一 风电控制系统简述

风电控制系统包括现场风力发电机组控制单元、高速环型冗余光纤以太网、远程上位机操作员站等部分。现场风力发电机组控制单元是每台风机控制的核心，实现机组的参数监视、自动发电控制和设备保护等功能；每台风力发电机组配有就地HMI人机接口以实现就地操作、调试和维护机组；高速环型冗余光纤以太网是系统的数据高速公路，将机组的实时数据送至上位机界面；上位机操作员站是风电厂的运行监视核心，并具备完善的机组状态监视、参数报警，实时/历史数据的记录显示等功能，操作员在控制室内实现对风场所有机组的运行监视及操作。

风力发电机组控制单元（WPCU）是每台风机的控制核心，分散布置在机组的塔筒和机舱内。由于风电机组现场运行环境恶劣，对控制系统的可靠性要求非常高，而风电控制系统是专门针对大型风电场的运行需求而设计，应具有极高的环境适应性和抗电磁干扰等能力，其系统结构如下：

风电控制系统的现场控制站包括：塔座主控制器机柜、机舱控制站机柜、变桨距系统、变流器系统、现场触摸屏站、以太网交换机、现场总线通讯网络、UPS电源、紧急停机后备系统等。 风电控制系统的网络结构如图1所示：

1、塔座控制站

塔座控制站即主控制器机柜是风电机组设备控制的核心，主要包括控制器、I/O模件等。 控制器硬件采用32位处理器，系统软件采用强实时性的操作系统，运行机组的各类复杂主控逻辑通过现场总线与机舱控制器机柜、变桨距系统、变流器系统进行实时通讯，以使机组运行在最佳状态。

控制器的组态采用功能丰富、界面友好的组态软件，采用符合IEC61131-3标准的组态方式，包括：功能图（FBD）、指令表（LD）、顺序功能块（SFC）、梯形图、结构化文本等组态方式。 2、机舱控制站

机舱控制站采集机组传感器测量的温度、压力、转速以及环境参数等信号，通过现场总线和机组主控制站通讯，主控制器通过机舱控制机架以实现机组的偏航、解缆等功能，此外还对机舱内各类辅助电机、油泵、风扇进行控制以使机组工作在最佳状态。 3、变桨距系统

大型MW级以上风电机组通常采用液压变桨系统或电动变桨系统。变桨系统由前端控制器对3个风机叶片的桨距驱动装置进行控制，其是主控制器的执行单元，采用 CANOPEN与主控制器进行通讯，以调节3个叶片的桨距工作在最佳状态。变桨系统有后备电源系统和安全链保护，保证在危急工况下紧急停机。 4、变流器系统

大型风力发电机组目前普遍采用大功率的变流器以实现发电能源的变换，变流器系统通过现场总线与主控制器进行通讯，实现机组的转速、有功功率和无功功率的调节。 5、现场触摸屏站

现场触摸屏站是机组监控的就地操作站，实现风力机组的就地参数设置、设备调试、维护等功能，是机组控制系统的现场上位机操作员站。 6、以太网交换机（HUB）

系统采用工业级以太网交换机，以实现单台机组的控制器、现场触摸屏和远端控制中心网络的连接。现场机柜内采用普通双绞线连接，和远程控制室上位机采用光缆连接。 7、现场通讯网络

主控制器具有CANOPEN、PROFIBUS、MODBUS、以太网等多种类型的现场总线接口，可根据项目的实际需求进行配置。 8、UPS电源

UPS电源用于保证系统在外部电源断电的情况下，机组控制系统、危急保护系统以及相关执行单元的供电。 9、 后备危急安全链系统

后备危急安全链系统独立于计算机系统的硬件保护措施，即使控制系统发生异常，也不会影响安全链的正常动作。安全链是将可能对风力发电机造成致命伤害的超常故障串联成一个回路，当安全链动作后将引起紧急停机，机组脱网，从而最大限度地保证机组的安全。

所有风电机组通过光纤以太网连接至主控室的上位机操作员站，实现整个风场的远程监控，上位机监控软件应具有如下功能:

① 系统具有友好的控制界面。在编制监控软件时，充分考虑到风电场运行管理的要求，使用汉语菜单，使操作简单，尽可能为风电场的管理提供方便。

② 系统显示各台机组的运行数据，如每台机组的瞬时发电功率、累计发电量、发电小时数、风轮及电机的转速和风速、风向等，将下位机的这些数据调入上位机，在显示器上显示出来，必要时还可以用曲线或图表的形式直观地显示出来。

③ 系统显示各风电机组的运行状态，如开机、停车、调向、手/自动控制以及大/小发电机工作等情况，通过各风电机组的状态了解整个风电场的运行情况。

④ 系统能够及时显示各机组运行过程中发生的故障。在显示故障时，能显示出故障的类型及发生时间，以便运行人员及时处理及消除故障，保证风电机组的安全和持续运行。 ⑤ 系统能够对风电机组实现集中控制。值班员在集中控制室内，只需对标明某种功能的相应键进行操作，就能对下位机进行改变设置状态和对其实施控制。如开机、停机和左右调向等。但这类操作有一定的权限，以保证整个风电场的运行安全。

⑥ 系统管理。监控软件具有运行数据的定时打印和人工即时打印以及故障自动记录的功能，以便随时查看风电场运行状况的历史记录情况。 二 风电控制系统基本功能

（1）数据采集（DAS）功能：包括采集电网、气象、机组参数，实现控制、报警、记录、曲线功能等；

（2）机组控制功能：包括自动启动机组、并网控制、转速控制、功率控制、无功补偿控制、自动对风控制、解缆控制、自动脱网、安全停机控制等； （3）远程监控系统功能：包括机组参数、相关设备状态的监控，历史和实时曲线功能，机组运行状况的累计监测等。 1、数据采集（DAS）功能

机组运行过程中进行监测的相关参数包括：

（1）电网参数，包括电网三相电压、三相电流、电网频率、功率因数等。电压故障检测：电网电压闪变、过电压、低电压、电压跌落、相序故障、三相不对称等。 （2）气象参数，包括风速、风向、环境温度等。

（3）机组状态参数检测，包括：风轮转速、发电机转速、发电机线圈温度、发电机前后轴承温度、齿轮箱油温度、齿轮箱前后轴承温度、液压系统油温、油压、油位、机舱振动、电缆纽转、机舱温度等。

风电场远程监控中心的上位机和塔座触摸屏站均可实现机组的状态监视，实现相关参数的显示、记录、曲线、报警等功能。 2、机组启停、发电控制

（1）主控系统检测电网参数、气象参数、机组运行参数，当条件满足时，启动偏航系统执行自动解缆、对风控制，释放机组的刹车盘，调节桨距角度，风车开始自由转动，进入待机状态。

（2）当外部气象系统监测的风速大于某一定值时，主控系统启动变流器系统开始进行转子励磁，待发电机定子输出电能与电网同频、同相、同幅时，合闸出口断路器实现并网发电。

（3）风力机组功率、转速调节

根据风力机特性，当机组处于最佳叶尖速比λ运行时，风机机组将捕获得最大的能量，虽理论上机组转速可在任意转速下运行，但受实际机组转速限制、系统功率限制，不得不将该阶段分为以下几个运行区域：即变速运行区域、恒速运行区域和恒功率运行区。额定功率内的运行状态包括：变速运行区（最佳的λ）和恒速运行区。 当风机并网后，转速小于极限转速、功率低于额定功率时，根据当前实际风速，调节风轮的转速，使机组工作在捕获最大风能的状态。

由于风速仪测量点的风速与作用于桨叶的风速存在一定误差，所以转距观测器来预测风力机组的机械传动转距，在通过发电机转速和转距的对应关系推出转速。 ω为发电机转速期望值。 Tm为转距的观测值。Kopt为最佳转速时的比例常数。

当风速增加使发电机转速达上限后，主控制器需维持转速恒定，风力机组发出的电功率，随风速的增加而增加，此时机组偏离了风力机的最佳λ曲线运行。

当风速继续增加，使转速、功率都达到上限后，进入恒功率运行区运行，此状态下主控通过变流器，维持机组的功率恒定，主控制器一方面通过桨距系统的调节减少风力攻角，减少叶片对风能的捕获；另一方面通过变流器降低发电机转速节，使风力机组偏离最佳λ曲线运行，维持发电机的输出功率稳定。 3、风电控制系统辅助设备逻辑 （1）发电机系统

监控发电机运行参数，通过3台冷却风扇和4台电加热器，控制发电机线圈温度、轴承温度、滑环室温度在适当的范围内，相关逻辑如下：