第七章 風(fēng)力發(fā)電機組傳動系統(tǒng)

風(fēng)力發(fā)電機組傳動、偏航、控制系統(tǒng)等風(fēng)力發(fā)電機組

傳動系統(tǒng)

定義:將風(fēng)輪吸收的風(fēng)能以機械的方式傳送到發(fā)電機的中間裝置。一.傳動鏈布局形式二.傳動零部件組成

傳動系統(tǒng)

傳動系統(tǒng)

傳動系統(tǒng)包括主軸、聯(lián)軸器、齒輪箱、制動器和過載安全保護器等。傳統(tǒng)的風(fēng)力發(fā)電機采用齒輪增速裝置，按主軸軸承的支撐方式風(fēng)力發(fā)電機組傳動的形式可以分為“兩點式”、“四點式”、“三點式”、“主軸齒輪箱集成式”、“直驅(qū)式”、“半直驅(qū)式”。傳動鏈的布局形式傳動鏈的布局形式-兩點式

MY1.5MW兩點式：主軸用兩個軸承支座支撐，其中靠近輪轂的軸承作為固定端，另一個軸承作為浮動端。MY1.5s/se風(fēng)力發(fā)電機組優(yōu)點：讓主軸及其軸承承受風(fēng)輪的大部分載荷，減少風(fēng)輪載荷突變對齒輪箱的影響；穩(wěn)定性好。缺點：軸系較長，增大了機艙的體積和重量；機組功率越大，隨著主軸直徑和長度的增大，機艙布置和吊裝難度也隨著增大。傳動鏈的布局形式-四點式

四點式：也稱為轉(zhuǎn)子雙支撐。在主軸上，采取雙軸承的配置是比較傳統(tǒng)且比較常用的形式，采用的軸承類型根據(jù)設(shè)計要求的不同而有所不同，但通常較為傳統(tǒng)的軸承配置為球面滾子軸承配置或圓錐滾子軸承配置。傳動鏈的布局形式-四點式

傳統(tǒng)風(fēng)力發(fā)電機主軸的設(shè)計，其軸承的受力分工一般是固定端的軸承承受所有的軸向載荷和部分徑向載荷，而另一個軸承作為浮動端承受部分的徑向載荷。

雙軸承配置的好處：1）主軸軸承承受了大部分復(fù)雜的風(fēng)力載荷；2）除扭矩外，基本上沒有其他載荷會傳遞到傳動鏈的齒輪箱里，齒輪箱設(shè)計便利；缺點：

傳動鏈較長，除主軸長度外，還要考慮主軸與齒輪箱連接的聯(lián)軸器的長度。在小功率的風(fēng)力發(fā)電機中，這種配置比較常見。在大功率的風(fēng)力發(fā)電機中，過長的傳動鏈則意味著更大的體積以及更高的制造成本。傳動鏈的布局形式-三點式

三點式支撐包括一個主軸承和齒輪箱兩側(cè)的兩個支撐點。

主軸軸承和兩個扭力臂支撐用來吸收轉(zhuǎn)子載荷。但載荷在傳遞到扭力臂支撐之前，不得不先從主軸進入齒輪箱，并在齒輪箱內(nèi)部傳輸。齒輪箱實際上相當(dāng)于第二個主軸軸承。

單主軸軸承，成本低，傳動鏈縮短。齒輪箱前軸承承受轉(zhuǎn)矩和徑向負載，故障率高。傳動鏈的布局形式--主軸齒輪箱集成式

主軸齒輪箱集成式：該結(jié)構(gòu)是將齒輪箱的第一軸直接作為主軸使用。優(yōu)點：1）結(jié)構(gòu)緊湊、重量輕；2）低速軸與齒輪箱合為一體，機艙結(jié)構(gòu)相對寬敞，齒輪箱油直接對低速軸軸承進行潤滑，免去運行人員的維護任務(wù)

缺點：1）齒輪箱直接承受來自葉輪的沖擊載荷，在剎車過程中齒輪箱也要承受較大的載荷，對齒輪箱自身質(zhì)量要求較高。2）齒輪箱可靠性要求高，維護不變。體積較大、重量大、結(jié)構(gòu)相對復(fù)雜、造價較高

直驅(qū)式：直驅(qū)永磁風(fēng)力發(fā)電機組的發(fā)電機機軸直接連接到風(fēng)輪上，轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)速隨風(fēng)速而改變，其交流電的頻率也隨之變化，經(jīng)過大功率電力電子變流器，將頻率不定的交流電整流成直流電，再逆變成與電網(wǎng)同頻率的交流電輸出。傳動鏈布局形式—直驅(qū)式傳動鏈布局形式—直驅(qū)式優(yōu)點：1）傳動系統(tǒng)減少，提高了機組的可靠性，降低了噪聲；2）永磁發(fā)電技術(shù)及變速恒頻技術(shù)的采用提高了風(fēng)電機組的效率；3）利用變速恒頻技術(shù)，可以進行無功功率補償。缺點：采用的多級低速永磁同步發(fā)電機，發(fā)電機直徑大，制造成本高；隨著機組設(shè)計容量的增大，給發(fā)電機設(shè)計、加工制造帶來困難；定子繞組絕緣等級要求較高；采用全容量逆變裝置，變流器設(shè)備投資大，增加控制系統(tǒng)成本；由于結(jié)構(gòu)簡化，是機艙重心前傾，設(shè)計和控制上難道加大。半直驅(qū)式：采用了一級行星齒輪傳動和適當(dāng)增速比，把行星齒輪副與發(fā)電機集成在一起，構(gòu)成了發(fā)電機單元。采用單級變速裝置以提高發(fā)電機轉(zhuǎn)速，同時配以多級永磁同步發(fā)電機。介于直驅(qū)和雙饋之間，齒輪箱的調(diào)速沒有雙饋的高，發(fā)電機也由雙饋的繞線式變?yōu)橛来磐绞?。發(fā)電機單元的主軸承與輪轂直接相連接，發(fā)電機單元經(jīng)過大功率電力電子變換器，將頻率不定的交流電整流成直流電，再逆變成與電網(wǎng)同頻率的交流電輸出。齒輪箱傳動比小，并與發(fā)電機集成，結(jié)構(gòu)緊湊傳動鏈布局形式—半直驅(qū)式

傳動系統(tǒng)

二.傳動鏈組成傳動鏈主要由主軸總成、偏航總成、齒輪箱、聯(lián)軸器、發(fā)電機和機座組成。

傳動系統(tǒng)

MY1.5s/se風(fēng)力發(fā)電機組

１、主軸總成主軸總成結(jié)構(gòu)圖主軸鎖緊裝置

傳動系統(tǒng)

傳動系統(tǒng)

主軸材料：42CrMo（常溫）：超高強度鋼，具有高強度和韌性，淬透性較好，無明顯的回火脆性，調(diào)質(zhì)處理后有較高的疲勞極限和抗多次沖擊能力。

34CrNiMo6+QT（寒帶）：合金鋼，在鋼中除含有鐵、碳和少量的硅、錳、磷、硫元素以外，還含有一定量的合金元素，如硅、錳、鉬、鎳、鉻、釩、鈦、鈮、硼、鉛、稀土等其中的一種或幾種。

制造：電爐，真空冶煉；加工方法：鑄錠；鍛造比：最小3.5；鍛造精度：2級；嚴(yán)格執(zhí)行GB/T17107-1997規(guī)定，對鍛后毛坯進行熱處理。

傳動系統(tǒng)

后軸承座（推力）前軸承座（浮動）軸承座材料有兩種1）QT400-18AL(高韌性球墨鑄鐵)2）EN-GJS-350-22U-LT（球墨鑄鐵）

傳動系統(tǒng)

主軸軸承球面滾子軸承球面滾子軸承能自動調(diào)心，可以承受較大的對中誤差主軸總成爆炸圖

傳動系統(tǒng)

2、齒輪箱傳動比i：100.48

額定功率P：1663kW

輸入轉(zhuǎn)速n:17.4rpm

傳動方式：二級行星+一級平行

傳動系統(tǒng)

齒輪箱內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖

傳動系統(tǒng)

其它類型齒輪箱傳動方式：一級行星+兩級平行

傳動系統(tǒng)

多級行星差動輪系

傳動系統(tǒng)

３、主軸制動（機械制動）構(gòu)成：一個鋼制剎車圓盤和布置在其四周的液壓夾鉗構(gòu)成安裝：液壓夾鉗固定，圓盤安裝在齒輪箱的高速軸或低速軸上，并隨之一起轉(zhuǎn)動。功能：停機和制動。類型：盤式剎車。

傳動系統(tǒng)

原理：制動夾鉗有一個預(yù)壓的彈簧制動力，液壓力通過油缸中的活塞將制動鉗夾打開。需要制動時，釋放液壓力，進而釋放預(yù)壓的彈簧制動力，壓制中間的鋼制轉(zhuǎn)動圓盤，使齒輪箱的高速或者低速軸制動。

4、高速軸聯(lián)軸器

將齒輪箱輸出扭矩及轉(zhuǎn)速傳遞給發(fā)電機輸入端，并具有緩沖、減振、力矩限制功能。

傳動系統(tǒng)

傳動系統(tǒng)

5、發(fā)電機

傳動系統(tǒng)

其它形式發(fā)電機

傳動系統(tǒng)

6、偏航總成偏航總成結(jié)構(gòu)圖

傳動系統(tǒng)

制動器支撐及剎車盤低溫球墨鑄鐵EN-GJS-350-22U-LT常溫球墨鑄鐵QT400-AL

傳動系統(tǒng)

偏航制動器雙饋異步風(fēng)力發(fā)電機系統(tǒng)雙饋電機所謂雙饋電機,就是將電能分別饋入繞線轉(zhuǎn)子異步電機的定子繞組和轉(zhuǎn)子繞組,一般將定子繞組接入電網(wǎng),而接入轉(zhuǎn)子繞組電源的頻率、電壓幅值和相位則需要按要求分別進行調(diào)節(jié)。雙饋電機的特點：（1）和異步電機區(qū)別：異步電機是通過定子從電網(wǎng)吸收勵磁電流,本身無勵磁繞組,而雙饋與同步機一樣有獨立的勵磁繞組;異步電機無法改變功率因數(shù);異步電機的轉(zhuǎn)速隨負荷變化而變化。（2）和同步機區(qū)別：同步機勵磁只可調(diào)節(jié)電流的幅值,因此只能對無功功率進行調(diào)節(jié),而雙饋電機可以調(diào)節(jié)幅值、頻率和相位:改變勵磁頻率,可以調(diào)節(jié)電機轉(zhuǎn)速;改變勵磁電流相位,可以調(diào)節(jié)發(fā)電機電勢和電網(wǎng)電壓向量的相對位置,改變了電機功率角,可以調(diào)節(jié)有功和無功。風(fēng)力發(fā)電機組

偏航系統(tǒng)偏航系統(tǒng)

風(fēng)力機的偏航系統(tǒng)：也稱為對風(fēng)裝置，其作用在于當(dāng)風(fēng)速矢量的方向變化時，能夠快速平穩(wěn)地對準(zhǔn)風(fēng)向，以便風(fēng)輪獲得最大的風(fēng)能。

小微型風(fēng)力機—尾舵對風(fēng)：尾翼裝在尾桿上與風(fēng)輪軸平行或成一定的角度。為了避免尾流的影響，也可將尾翼上翹，裝在較高的位置。

中小型風(fēng)機—舵輪對風(fēng)：工作原理：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，對風(fēng)過程結(jié)束。

大中型風(fēng)力機一電動的偏航系統(tǒng)：利用電動的偏航系統(tǒng)來調(diào)整風(fēng)輪并使其對準(zhǔn)風(fēng)向。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，偏航行星齒輪減速器，回轉(zhuǎn)體大齒輪等。1000kw風(fēng)力機偏航機械系統(tǒng)德國富蘭德公司1000KW風(fēng)力發(fā)電機（主動）

偏航機械系統(tǒng)的種類風(fēng)力發(fā)電機組的偏航系統(tǒng)一般由調(diào)向和調(diào)速機構(gòu)兩部分組成，分為主動偏航系統(tǒng)和被動偏航系統(tǒng)。被動偏航是指依靠風(fēng)力通過相關(guān)機構(gòu)完成機組風(fēng)輪對風(fēng)動作的偏航方式，常見的有尾舵（用于小微型風(fēng)力機）和舵輪（用于中小型風(fēng)機）兩種。主動偏航指的是采用電力或液壓拖動來完成對風(fēng)動作的偏航方式，常見的有齒輪驅(qū)動和滑動兩種形式。對于并網(wǎng)型風(fēng)力發(fā)電機組來說，通常都采用主動偏航的齒輪驅(qū)動形式。主動偏航機械系統(tǒng)組成主動偏航機械系統(tǒng)一般由偏航軸承、偏航驅(qū)動裝置、偏航制動器、偏航液壓回路、偏航計數(shù)器、紐纜保護裝置等幾個部分組成。偏航控制系統(tǒng)工作原理機艙是可以順時針旋轉(zhuǎn)也可以逆時針旋轉(zhuǎn)的，在偏航過程中，如果機艙總是朝向一個方向旋轉(zhuǎn)是肯定不行的，因為機艙底部大齒圈內(nèi)部布置著多根電纜，機艙旋轉(zhuǎn)電纜也就跟著扭轉(zhuǎn)，所以為了防止電纜扭轉(zhuǎn)破壞特地控制機艙同一方向旋轉(zhuǎn)圈數(shù)不得超過650度（從0度開始，0度為安裝風(fēng)電機組時確定的位置）。這種控制方法就是靠偏航接近開關(guān)和限位開關(guān)來實現(xiàn)的，接近開關(guān)一左一右共兩個，負責(zé)記錄機艙位置，當(dāng)機艙達到＋650度或－650度時發(fā)出信號，控制系統(tǒng)控制偏航電機反向旋轉(zhuǎn)解纜。限位開關(guān)是作為極限位置開關(guān)使用的，當(dāng)機艙繼續(xù)旋轉(zhuǎn)達到680度時，限位開關(guān)被觸發(fā)而使得風(fēng)電機組快速停機。

偏航系統(tǒng)的功能

偏航控制系統(tǒng)主要有三個功能：

正常運行時自動對風(fēng)：當(dāng)機艙偏離風(fēng)向一定角度時，控制系統(tǒng)發(fā)出向左或者向右調(diào)向的指令，機艙開始對風(fēng)，直至達到允許的范圍內(nèi)，自動對風(fēng)停止；

繞攬時自動解纜：當(dāng)機艙向同一方向累計偏轉(zhuǎn)達到一定的角度時，系統(tǒng)控制停機，或者此時報告扭攬故障，機組自動停機，等待工作人員來手動解纜；

失速保護時偏離風(fēng)向：當(dāng)有特大強風(fēng)發(fā)生時，機組自動停機，釋放葉尖，背風(fēng)，以達到保護風(fēng)輪免受損壞的目的。風(fēng)力機的偏航控制系統(tǒng)

偏航系統(tǒng)是水平軸式風(fēng)力發(fā)電機組必不可少的組成系統(tǒng)之一，對風(fēng)電機組利用風(fēng)能起著非常巨大的作用。風(fēng)力發(fā)電機組的主動偏航系統(tǒng)主要組成部分包括：偏航大齒圈、側(cè)面軸承、滑墊保持裝置、上下及側(cè)面滑動襯墊、偏航驅(qū)動裝置、偏航限位開關(guān)、接近開關(guān)、風(fēng)速儀風(fēng)向標(biāo)等等。偏航驅(qū)動裝置側(cè)面軸承偏航大齒圈滑墊保持裝置偏航系統(tǒng)實物圖側(cè)面軸承塔筒偏航大齒圈側(cè)面軸承滑動襯墊：特殊材料制作的圓形墊片，具有自潤滑的功能，在滑動過程中滑動墊片產(chǎn)生潤滑物質(zhì)，無需加注潤滑油。圓彈簧：放在定位銷上的，每個定位銷共有8個圓彈簧，分兩組背靠背放置。側(cè)面軸承：

共6個（前側(cè)2個，后側(cè)4個）。有5個沉孔，用于放置定位銷、圓形彈簧和壓板。滑墊保持裝置：后側(cè)有四個滑墊保持裝置，前側(cè)有兩個滑墊保持裝置，凹槽用于粘結(jié)滑動墊片。偏航驅(qū)動裝置數(shù)量：4個結(jié)構(gòu)：偏航電機：內(nèi)部有溫度傳感器，控制繞組溫度偏航齒輪箱：行星式減速機偏航小齒輪接近開關(guān)接近開關(guān)是一個光傳感器，利用偏航齒圈齒的高低不同而使得光信號不同來工作，采集光信號并計數(shù)。通過一左一右兩個接近開關(guān)采集的信號，控制系統(tǒng)控制機組偏航不超過680度，防止線纜纏繞。限位開關(guān)限位開關(guān)也是防止電纜纏繞而設(shè)置的傳感器，當(dāng)機艙偏航旋轉(zhuǎn)圈數(shù)達到680度時，限位開關(guān)發(fā)出信號，整個機組快速停機。電纜扭曲計數(shù)器電纜用來將電流從風(fēng)電機運載到塔下。但是當(dāng)風(fēng)電機偶然沿一個方向偏轉(zhuǎn)太長時間時，電纜將越來越扭曲。因此風(fēng)電機配備有電纜扭曲計數(shù)器，用于提醒操作員應(yīng)該將電纜解開了。類似于所有風(fēng)電機上的安全機構(gòu)，系統(tǒng)具有冗余。風(fēng)電機還會配備有拉動開關(guān)，在電纜扭曲太厲害時被激發(fā)。風(fēng)速風(fēng)向儀

風(fēng)電機組對風(fēng)的測量是由風(fēng)速風(fēng)向儀來實現(xiàn)的。偏航裝置風(fēng)電機偏航裝置用于將風(fēng)電機轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動到迎風(fēng)的方向（借助電動機轉(zhuǎn)動機艙，以使轉(zhuǎn)子葉片調(diào)整風(fēng)向的最佳切入角度）。偏航裝置由電子控制器操作，電子控制器可以通過風(fēng)向標(biāo)來探知風(fēng)向。通常，在風(fēng)改變其方向時，風(fēng)電機一次只會偏轉(zhuǎn)幾度。值得注意的是，小功率級別的風(fēng)電機都是通過統(tǒng)一的偏航裝置調(diào)整所有葉片的角度，而最新的風(fēng)電機大都是每個葉片設(shè)置單獨的偏航系統(tǒng)。偏航控制系統(tǒng)特點偏航系統(tǒng)都能對風(fēng)向變化進行自動識別，并進行自動對風(fēng)；偏航系統(tǒng)的電機都有采用軟起動方式，減少了起動電流對電機的沖擊，并使啟動平穩(wěn)，延長電機壽命；偏航系統(tǒng)都安裝有減速器，使轉(zhuǎn)起動平穩(wěn)，減小撞擊；風(fēng)機偏航系統(tǒng)都有扭纜保護裝置，使其自動運行更安全可靠；偏航系統(tǒng)都有可靠的執(zhí)行電路來進行工作；偏航系統(tǒng)都具有葉輪鎖定裝置，以提高風(fēng)機的可靠性。維護時風(fēng)機的要求使風(fēng)力發(fā)電機停止工作，各制動器處于制動狀態(tài)并將葉輪鎖鎖定。特殊情況下不允許停機時，必須確保有人守在緊急開關(guān)旁，可隨時按下開關(guān)，使系統(tǒng)剎車。當(dāng)處理偏航齒輪箱潤滑油時，必須配戴安全器具。偏航系統(tǒng)的檢查與維護在進行維護和檢修工作時，必須按照各零部件的說明書或維護手冊的要求進行操作，每項內(nèi)容必須嚴(yán)格進行檢修與記錄。表面檢查風(fēng)機偏航時檢查是否有異常噪聲,是否能精確對準(zhǔn)風(fēng)向;檢查側(cè)面軸承和齒圈外表是否有污物，檢查涂漆外表面是否油漆脫落；驅(qū)動裝置齒輪箱的潤滑油是否滲漏；檢查電纜纏繞情況、絕緣皮磨損情況。偏航驅(qū)動裝置的維護檢修檢查外表面檢查電纜接線檢查齒輪箱的油位計檢查齒輪箱是否漏油檢查齒輪箱運行是否噪音過大加油與放油偏航小齒輪與偏航大齒圈的維護檢查嚙合齒輪副的側(cè)隙檢查輪齒齒面的腐蝕、破壞情況滑動墊片要定期檢查滑動襯墊的磨損情況，當(dāng)磨損量超過4mm

時應(yīng)予以更換。接近開關(guān)檢查接近開關(guān)和偏航齒圈齒頂間的間隙。（2.0mm至4.0mm）風(fēng)力發(fā)電機組

控制系統(tǒng)

用戶界面輸入用戶指令，變更參數(shù)顯示系統(tǒng)運行狀態(tài)、數(shù)據(jù)及故障狀況發(fā)電機控制軟并網(wǎng)變頻器勵磁調(diào)節(jié)主控制器運行監(jiān)控，機組起/停電網(wǎng)、風(fēng)況監(jiān)測無功補償根據(jù)無功功率信號分組切入或切出補償電容變距系統(tǒng)轉(zhuǎn)速控制功率控制液壓系統(tǒng)剎車機構(gòu)壓力保持變距機構(gòu)壓力保持制動系統(tǒng)機械剎車機構(gòu)氣動剎車機構(gòu)調(diào)向系統(tǒng)偏航自動解除電纜纏繞風(fēng)力發(fā)電機組的控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)風(fēng)力發(fā)電機組的設(shè)計思想是盡可能便宜的產(chǎn)生電能?；谀繕?biāo)風(fēng)場的風(fēng)速條件，因此風(fēng)輪機一般被設(shè)計成在風(fēng)速為8~15m/s時具有最佳的性能，即有最大的電能產(chǎn)出。而不是花費心思把風(fēng)機設(shè)計在強風(fēng)時有最多電能產(chǎn)出，因為強風(fēng)天氣不多見。因此在強風(fēng)天氣時必須浪費多余風(fēng)能，以免破壞風(fēng)機。所以風(fēng)機設(shè)計有能量控制裝置，安全控制方式有如下幾種?？刂葡到y(tǒng)的類型

被動失速調(diào)節(jié)型風(fēng)力發(fā)電機組（定槳距失速調(diào)節(jié)型）被動失速控制風(fēng)輪機的槳葉被固定，風(fēng)速變化，迎風(fēng)角不變。失速是指槳葉本身所具有的失速特性，當(dāng)風(fēng)速高于額定風(fēng)速時，氣流將在槳葉的表面產(chǎn)生渦流，使效率降低，產(chǎn)生失速，來限制發(fā)電機的功率輸出。定槳失速調(diào)節(jié)型的優(yōu)點是失速調(diào)節(jié)由指槳葉本身完成，簡單可靠，當(dāng)風(fēng)速變化引起的輸出功率的變化只通過槳葉的被動失速調(diào)節(jié)而控制系統(tǒng)不作任何控制，使控制系統(tǒng)大為減化。但是在輸入變化的情況下，風(fēng)力發(fā)電機組只有很小的機會能運行在最佳狀態(tài)下，因此機組的整體效率較低。

控制系統(tǒng)的類型

—漿葉的不同變槳距調(diào)節(jié)型風(fēng)力發(fā)電機組

安裝在輪轂上的葉片通過控制可以改變其槳距角的大小葉尖槳距角：尖葉翼型弦長線與旋轉(zhuǎn)切線方向的夾角。原理：1）風(fēng)輪槳葉靜止，葉尖槳距角為90度，氣流對槳葉無轉(zhuǎn)矩。風(fēng)速增大到啟動風(fēng)速，槳葉向0度旋轉(zhuǎn)，直到對氣流產(chǎn)生一定的攻角，風(fēng)輪啟動?？刂葡到y(tǒng)的類型

變槳距調(diào)節(jié)型風(fēng)力發(fā)電機組

2）當(dāng)葉尖槳距角為0度，風(fēng)輪機正常工作，而發(fā)電機的輸出功率小于額定功率，風(fēng)力機盡可能多的捕捉風(fēng)能，槳距角保持在0°位置不變，不作任何調(diào)節(jié)，此時相當(dāng)于定槳距風(fēng)力機，功率輸出取決于風(fēng)速和槳葉的氣動性；3）當(dāng)發(fā)電機輸出功率達到額定功率以后，調(diào)節(jié)系統(tǒng)根據(jù)輸出功率的變化調(diào)整槳距角的大小，使發(fā)電機的輸出功率保持在額定功率。此時控制系統(tǒng)參與調(diào)節(jié)，形成閉環(huán)控制。控制系統(tǒng)的類型

變槳距調(diào)節(jié)型風(fēng)力發(fā)電機組

4）大風(fēng)或需要氣動剎車時，槳距角重新回到90度，此為順槳。發(fā)電機的輸出功率保持在額定功率：葉片前緣（葉片翼型圓頭部分）轉(zhuǎn)向迎風(fēng)方向，使槳距角變大，攻角減小，升力減小?？刂葡到y(tǒng)的類型

AH-20kW變槳距風(fēng)力發(fā)電機順漿狀態(tài)主動失速調(diào)節(jié)型風(fēng)力發(fā)電機組轉(zhuǎn)動過程是后緣（葉片翼型的尖部）轉(zhuǎn)向迎風(fēng)方向，為主動失速變槳。

它是定槳距失速調(diào)節(jié)型與變槳距調(diào)節(jié)型兩種風(fēng)力發(fā)電機組相結(jié)合，槳葉采用失速特性，調(diào)節(jié)系統(tǒng)采用變槳距調(diào)節(jié)。在低風(fēng)速時，將槳葉節(jié)距調(diào)節(jié)到可獲取最大功率位置，槳距角調(diào)整優(yōu)化機組功率的輸出；當(dāng)風(fēng)力機發(fā)出的功率超過額定功率后，槳葉節(jié)距主動向失速方向調(diào)節(jié)，將功率調(diào)整在額定值上。由于功率曲線在失速范圍的變化率比失速前要低得多，控制相對容易，輸出功率也更加平穩(wěn)。

控制系統(tǒng)的類型

其他控制方法一些老式的風(fēng)輪機用葉片上的副翼控制轉(zhuǎn)子輸出的能量。一般飛機上都裝有副翼，通過副翼的轉(zhuǎn)動可以改變機翼的幾何形狀，從而在飛機起飛時提供更多的升力。多翼式風(fēng)力機另一種在理論上可行的辦法是使風(fēng)輪機偏離迎風(fēng)方向，減小風(fēng)能輸入。偏離控制技術(shù)只應(yīng)用在小型機組上，因為偏離會使轉(zhuǎn)子受周期性變化的力，最終會破壞整個風(fēng)力發(fā)電結(jié)構(gòu)。根據(jù)風(fēng)機轉(zhuǎn)速分有恒速恒頻和變速恒頻兩種

恒速恒頻機組的整體效率較低,變速恒頻這種調(diào)節(jié)方式是目前公認(rèn)的最優(yōu)化調(diào)節(jié)方式，也是未來風(fēng)電技術(shù)發(fā)展的主要方向。變速恒頻的優(yōu)點：

1）大范圍內(nèi)調(diào)節(jié)運行轉(zhuǎn)速，來適應(yīng)因風(fēng)速變化而引起的風(fēng)力機功率的變化，可以最大限度的吸收風(fēng)能，因而效率較高。2）控制上也很靈活，可以較好的調(diào)節(jié)系統(tǒng)的有功功率、無功功率，但控制系統(tǒng)較為復(fù)雜。

控制系統(tǒng)的類型

—風(fēng)機轉(zhuǎn)速的不同低于額定風(fēng)速時,利用變速恒頻技術(shù)對發(fā)電機轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速進行控制,使風(fēng)能利用系數(shù)為最大值,充分地利用風(fēng)能；高于額定風(fēng)速時,利用變槳距機構(gòu)對槳葉的槳距角進行控制,使輸出功率穩(wěn)定在額定功率附近。

從風(fēng)力機空氣動力特性出發(fā),提出了變速恒頻風(fēng)力機在低于額定風(fēng)速和高于額定風(fēng)速階段的變槳距控制策略：變槳系統(tǒng)

液壓執(zhí)行機構(gòu)：優(yōu)點：響應(yīng)頻率快、扭矩大、便于集中布置和集成化應(yīng)用：適合于大型風(fēng)力機的場合電機執(zhí)行機構(gòu)

優(yōu)點：結(jié)構(gòu)簡單、能對槳葉進行單獨控制

常用的變槳距機構(gòu)：變槳距控制電機執(zhí)行機構(gòu)每個槳葉采用一個伺服電機進行單獨調(diào)節(jié)。伺服電機通過主動齒輪與槳葉輪轂內(nèi)齒圈相連,直接對槳葉的節(jié)距角進行控制。由于大功率風(fēng)力機的槳葉很長,而風(fēng)速一般隨著高度的增加而增加,在整個風(fēng)輪掃及面積上的風(fēng)速不是平均的,因此對單一槳葉控制是有利于最大限度利用風(fēng)能,減小振動。如圖所示控制系統(tǒng)技術(shù)發(fā)展

風(fēng)力發(fā)電機組的控制系統(tǒng)是綜合性控制系統(tǒng)。它不僅要監(jiān)視電網(wǎng)、風(fēng)況和機組運行參數(shù)，對機組運行進行控制。而且還要根據(jù)風(fēng)速與風(fēng)向的變化，對機組進行優(yōu)化控制，以提高機組的運行效率和發(fā)電量。20世紀(jì)80年代中期：定槳距風(fēng)力發(fā)電機組，主要解決了風(fēng)力發(fā)電機組的并網(wǎng)問題和運行的安全性與可靠性問題，采用了軟并網(wǎng)技術(shù)、空氣動力剎車技術(shù)、偏航與自動解纜技術(shù)。由于功率輸出是由槳葉自身的性能來限制的，槳葉的槳距角在安裝時已經(jīng)固定；而發(fā)電機轉(zhuǎn)速由電網(wǎng)頻率限制，定槳距風(fēng)力發(fā)電機組的控制系統(tǒng)在運行過程中對由于風(fēng)速變化引起輸出能量的變化是不作任何控制的，使得定槳距風(fēng)力發(fā)電機組能夠在較短時間內(nèi)實現(xiàn)商業(yè)化運行。

控制系統(tǒng)技術(shù)發(fā)展20世紀(jì)90年代開始，風(fēng)力發(fā)電機組的可靠性已經(jīng)大大提高，變槳距風(fēng)力發(fā)電機組開始進入風(fēng)力發(fā)電市場。采用全變槳距的風(fēng)力發(fā)電機組，起動時可對轉(zhuǎn)速進行控制，并網(wǎng)后可對功率進行控制，使風(fēng)力機的起動性能和功率輸出特性都有顯著和改善。由風(fēng)力發(fā)電機組的變槳距系統(tǒng)組成的閉環(huán)控制系統(tǒng)，使控制系統(tǒng)的水平提高到一個新的階段?？刂葡到y(tǒng)技術(shù)發(fā)展20世紀(jì)90年代中期，基于變距技術(shù)的各種變速風(fēng)力發(fā)電機組開始進入風(fēng)電場。變速風(fēng)力發(fā)電機組的控制系統(tǒng)與定速風(fēng)力發(fā)電機組的控制系統(tǒng)的根本區(qū)別在于，變速風(fēng)力發(fā)電機組是把風(fēng)速信號作為控制系統(tǒng)的輸入變量來進行轉(zhuǎn)速和功率控制的。變速風(fēng)力發(fā)電機組的主要特點：1）低于額定風(fēng)速時，它能跟蹤最佳功率曲線，使風(fēng)力發(fā)電機組具有最高的風(fēng)能轉(zhuǎn)換效率；2）高于額定風(fēng)速時，它增加了傳動系統(tǒng)的柔性，使功率輸出更加穩(wěn)定。特別是解決了高次諧波與功率因數(shù)等問題后，使供電效率、質(zhì)量有所提高。

控制系統(tǒng)技術(shù)發(fā)展目前的控制方法是：當(dāng)風(fēng)速變化時通過調(diào)節(jié)發(fā)電機電磁力矩或風(fēng)力機漿距角使葉尖速比保持最佳值，實現(xiàn)風(fēng)能的最大捕獲?？刂品椒ɑ诰€性化模型實現(xiàn)最佳葉尖速比的跟蹤，利用風(fēng)速測量值進行反饋控制，或電功率反饋控制。但在隨機擾動大、不確定因素多、非線性嚴(yán)重的風(fēng)電系統(tǒng)，傳統(tǒng)的控制方法會產(chǎn)生較大誤差。因此近些年國內(nèi)外都開展了這方面的研究。一些新的控制理論開始應(yīng)用于風(fēng)電機組控制系統(tǒng)。如采用模糊邏輯控制、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)智能控制、魯棒控制等。使風(fēng)機控制向更加智能方向發(fā)展。

控制系統(tǒng)設(shè)計原則安全、可靠最大功率追蹤控制器易于擴展便于維護風(fēng)力發(fā)電控制系統(tǒng)的基本目標(biāo)保證風(fēng)力發(fā)電機組安全可靠運行；獲取最大能量；提供良好的電力質(zhì)量。

風(fēng)力發(fā)電機組的控制特性圖中看出，系統(tǒng)的特性除了與機組特性有關(guān)外，還受控制器影響。運行中控制器可改變功率輸出，風(fēng)能看成是擾動。風(fēng)輪動態(tài)特性傳動鏈動態(tài)特性發(fā)電機動態(tài)特性風(fēng)能風(fēng)輪轉(zhuǎn)矩×轉(zhuǎn)速發(fā)電機轉(zhuǎn)矩×轉(zhuǎn)速電功率功率變送器伺服執(zhí)行器控制器功率信號變距指令變距位置控制系統(tǒng)組成主要包括各種傳感器、變距系統(tǒng)、運行主控制器、功率輸出單元、無功補償單元、并網(wǎng)控制單元、安全保護單元、通訊接口電路、監(jiān)控單元。具體控制內(nèi)容有：信號的數(shù)據(jù)采集、處理，變槳控制、轉(zhuǎn)速控制、自動最大功率點跟蹤控制、功率因數(shù)控制、偏航控制、自動解纜、并網(wǎng)和解列控制、停機制動控制、安全保護系統(tǒng)、就地監(jiān)控、遠程監(jiān)控。當(dāng)然對于不同類型的風(fēng)力發(fā)電機控制單元會不相同。

控制系統(tǒng)塔底柜機艙柜變距系統(tǒng)變流器滑環(huán)水冷系統(tǒng)

塔底柜

主電源接入、分配UPS電源電網(wǎng)測量主控制器人機界面塔底數(shù)據(jù)采集風(fēng)場通訊

機艙柜傳感器接入執(zhí)行部件控制數(shù)字電源數(shù)字、模擬IO安全繼電器變距系統(tǒng)通訊人機界面

變距系統(tǒng)

風(fēng)力發(fā)電機組上的一個機電系統(tǒng)，驅(qū)動風(fēng)輪葉片沿自身軸向轉(zhuǎn)動，使風(fēng)輪處于最佳捕獲風(fēng)能的狀態(tài)，穩(wěn)定功率輸出，并可減少機組載荷，延長風(fēng)機在使用期內(nèi)的部件壽命。變流器類型全功率變流器出口功率3000kW額定電壓690V功率因數(shù)+/-0.975冷卻水冷尺寸2460X2300X640防護等級IP54種類2500kg通訊協(xié)議Canopen變流器通過對雙饋異步風(fēng)力發(fā)電機的轉(zhuǎn)子進行勵磁，使得雙饋發(fā)電機的定子側(cè)輸出電壓的幅值、頻率和相位與電網(wǎng)相同，并且可根據(jù)需要進行有功和無功的獨立解耦控制。

滑環(huán)信號列表：變距系統(tǒng)電源、通訊、控制信號耐壓、電流沖擊電氣性能等；防護等級：IP54設(shè)計壽命：7000萬轉(zhuǎn)風(fēng)力發(fā)電機要跟隨這風(fēng)向而360°轉(zhuǎn)動，為了順利而高效的將發(fā)電機轉(zhuǎn)換的電能儲存和輸送出去，就需要一個可以360°旋轉(zhuǎn)導(dǎo)電的裝置。這個裝置就是滑環(huán)，也叫集電環(huán)。風(fēng)電滑環(huán)在風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)中擔(dān)負著整個系統(tǒng)的動力，控制信號和數(shù)據(jù)傳輸功能，是整個風(fēng)機系統(tǒng)中非常關(guān)鍵的部件。主控系統(tǒng)機艙控制柜輪轂內(nèi)，3個滑環(huán)，RS485通訊塔底控制柜風(fēng)場通訊電量采集EtherCan通訊以太光纖

傳感器等ACS867

主控系統(tǒng)是風(fēng)機控制系統(tǒng)的主體，它實現(xiàn)自動啟動、自動調(diào)向、自動調(diào)速、自動并網(wǎng)、自動解列、故障自動停機、自動電纜解繞及自動記錄與監(jiān)控等重要控制、保護功能。它對外的三個主要接口系統(tǒng)就是監(jiān)控系統(tǒng)、變槳控制系統(tǒng)以及變頻系統(tǒng)（變頻器），它與監(jiān)控系統(tǒng)接口完成風(fēng)機實時數(shù)據(jù)及統(tǒng)計數(shù)據(jù)的交換，與變槳控制系統(tǒng)接口完成對葉片的控制，實現(xiàn)最大風(fēng)能捕獲以及恒速運行，與變頻系統(tǒng)（變頻器）接口實現(xiàn)對有功功率以及無功功率的自動調(diào)節(jié)。監(jiān)控系統(tǒng)

監(jiān)控系統(tǒng)實現(xiàn)對全風(fēng)場風(fēng)機狀況的監(jiān)視與啟、停操作，它包括大型監(jiān)控軟件及完善的通訊網(wǎng)絡(luò)。液壓系統(tǒng)功能：

剎車（高、低速軸、偏航剎車），變槳距控制、偏航控制。組成：油箱：液位指示油泵：柱塞泵、電機濾油單元轉(zhuǎn)子剎車閥組偏航剎車閥組外圍傳感器—速度傳感器

低速軸傳感器傳感器類型：電感式接近開關(guān)功能：低速軸轉(zhuǎn)速測量數(shù)量：1接收信號位置：塔頂控制柜

電氣參數(shù)說明：感應(yīng)距離<=8mm開關(guān)頻率：400Hz圓柱型導(dǎo)線引出屏蔽供電電源：24V輸出信號：PNP傳感器類型：電感式接近開關(guān)功能：高速軸轉(zhuǎn)速測量數(shù)量：1安裝位置：剎車盤接收信號位置：塔頂控制柜電氣參數(shù)說明：感應(yīng)距離<=8mm開關(guān)頻率：400Hz圓柱型導(dǎo)線引出屏蔽供電電源：24V輸出信號：PNP速度傳感器高速軸傳感器功能：偏航左右極限保護數(shù)量：1安裝位置：偏航嚙合處接收信號位置：塔頂控制柜電氣參數(shù)說明：圈數(shù)：1：100解纜圈數(shù)：4圈

供電電源：24V輸出信號：PNP解纜傳感器偏航方向傳感器傳感器類型：接近開關(guān)功能：偏航左右轉(zhuǎn)動位置數(shù)量：2接收信號位置：塔頂控制柜電氣參數(shù)說明：開關(guān)頻率：2