风力发电机组偏航系统详细介绍
资讯频道2012-12-15
偏航系统是水平轴式风力发电机组必不可少的组成系统之一。偏航系统的主要作用有两个。其一是与风力发电机组的控制系统相互配合，使风力发电机组的风轮始终处于迎风状态，充分利用风能，提高风力发电机组的发电效率；其二是提供必要的锁紧力矩，以保障风力发电机组的安全运行。风力发电机组的偏航系统一般分为主动偏航系统和被动偏航系统。被动偏航指的是依靠风力通过相关机构完成机组风轮对风动作的偏航方式，常见的有尾舵、舵轮和下风向三种；主动偏航指的是采用电力或液压拖动来完成对风动作的偏航方式，常见的有齿轮驱动和滑动两种形式。对于并网型风力发电机组来说，通常都采用主动偏航的齿轮驱动形式。
1．偏航系统的技术要求
1.1. 环境条件
在进行偏航系统的设计时，必须考虑的环境条件如下：
1). 温度；
2). 湿度；
3). 阳光辐射；
4). 雨、冰雹、雪和冰；
5). 化学活性物质；
6). 机械活动微粒；
7). 盐雾。风电材料设备
8). 近海环境需要考虑附加特殊条件。
应根据典型值或可变条件的限制，确定设计用的气候条件。选择设计值时，应考虑几种气候条件同时出现的可能性。在与年轮周期相对应的正常限制范围内，气候条件的变化应不影响所设计的风力发电机组偏航系统的正常运行。
1.2. 电缆
为保证机组悬垂部分电缆不至于产生过度的纽绞而使电缆断裂失效，必须使电缆有足够的悬垂量，在设计上要采用冗余设计。电缆悬垂量的多少是根据电缆所允许的扭转角度确定的。
1.3. 阻尼
为避免风力发电机组在偏航过程中产生过大的振动而造成整机的共振，偏航系统在机组偏航时必须具有合适的阻尼力矩。阻尼力矩的大小要根据机舱和风轮质量总和的惯性力矩来确定。其基本的确定原则为确保风力发电机组在偏航时应动作平稳顺畅不产生振动。只有在阻尼力矩的作用下，机组的风轮才能够定位准确，充分利用风能进行发电。
1.4. 解缆和纽缆保护
解缆和纽缆保护是风力发电机组的偏航系统所必须具有的主要功能。偏航系统的偏航动作会导致机舱和塔架之间的连接电缆发生纽绞，所以在偏航系统中应设置与方向有关的计数装置或类似的程序对电缆的纽绞程度进行检测。一般对于主动偏航系统来说，检测装置或类似的程序应在电缆达到规定的纽绞角度之前发解缆信号；对于被动偏航系统检测装置或类似的程序应在电缆达到危险的纽绞角度之前禁止机舱继续同向旋转，并进行人工解缆。偏航系统的解缆一般分为初级解缆和终极解缆。初级解缆是在一定的条件下进行的，一般与偏航圈数和风速相关。纽缆保护装置是风力发电机组偏航系统必须具有的装置，这个装置的控制逻辑应具有最高级别的权限，一旦这个装置被触发，则风力发电机组必须进行紧急停机。
1.5. 偏航转速
对于并网型风力发电机组的运行状态来说，风轮轴和叶片轴在机组的正常运行时不可避免的产生陀螺力矩，这个力矩过大将对风力发电机组的寿命和安全造成影响。为减少这个力矩对风力发电机组的影响，偏航系统的偏航转速应根据风力发电机组功率的大小通过偏航系统力学分析来确定。根据实际生产和目前国内已安装的机型的实际状况，偏航系统的偏航转速的推荐值见表5。
表5偏航转速推荐值w
1.6. 偏航液压系统
并网型风力发电机组的偏航系统一般都设有液压装置，液压装置的作用是拖动偏航制动器松开或锁紧。一般液压管路应采用无缝钢管制成，柔性管路连接部分应采用合适的高压软管。螺接管路连接组件应通过试验保证偏航系统所要求的密封和承受工作中出现的动载荷。液压元器件的设计、选型和布置应符合液压装置的有关具体规定和要求。液压管路应能够保持清洁并具有良好的抗氧化性能。液压系统在额定的工作压力下不应出现渗漏现象。
1.7. 偏航制动器
采用齿轮驱动的偏航系统时，为避免振荡的风向变化，引起偏航轮齿产生交变负荷，应采用偏航制动器（或称偏航阻尼器）来吸收微小自由偏转振荡，防止偏航齿轮的交变应力引起轮齿过早损伤。对于由风向冲击叶片或风轮产生偏航力矩的装置，应经试验证实其有效性。
1.8. 偏航计数器
偏航系统中都设有偏航计数器，偏航计数器的作用是用来记录偏航系统所运转的圈数，当偏航系统的偏航圈数达到计数器的设定条件时，则触发自动解缆动作，机组进行自动解缆并复位。计数器的设定条件是根据机组悬垂部分电缆的允许扭转角度来确定的，其原则是要小于电缆所允许扭转的角度。
1.9. 润滑
偏航系统必须设置润滑装置，以保证驱动齿轮和偏航齿圈的润滑。目前国内的机组的偏航系统一般都采用润滑脂和润滑油相结合的润滑方式，定期更换润滑油和润滑脂。
1.10. 密封
偏航系统必须采取密封措施，以保证系统内的清结和相邻部件之间的运动不会产生有害的影响。
1.11. 表面防腐处理
偏航系统各组成部件的表面处理必须适应风力发电机组的工作环境。风力发电机组比较典型的工作环境除风况之外，其他环境（气候）条件如热、光、腐蚀、机械、电或其他物理作用应加以考虑。
2．偏航系统的组成
偏航系统一般由偏航轴承、偏航驱动装置、偏航制动器、偏航计数器、纽缆保护装置、偏航液压回路等几个部分组成。偏航系统的一般组成结构见图5。
风力发电机组的偏航系统一般有外齿形式和内齿形式两种。偏航驱动装置可以采用电机驱动或液压马达驱动，制动器可以是常闭式或常开式。常开式制动器一般是指有液压力或电磁力拖动时，制动器处于锁紧状态的制动器；常闭式制动器一般是指有液压力或电磁力拖动时，制动器处于松开状态的制动器。采用常开式制动器时，偏航系统必须具有偏航定位锁紧装置或防逆传动装置。
2.1. 偏航轴承
偏航轴承的轴承内外圈分别与机组的机舱和塔体用螺栓连接。轮齿可采用内齿或外齿形式。外齿形式是轮齿位于偏航轴承的外圈上，加工相对来说比较简单；内齿形式是轮齿位于偏航轴承的内圈上，啮合受力效果较好，结构紧凑。具体采用内齿形式或外齿形式应根据机组的具体结构和总体布置进行选择。偏航齿圈的结构简图见图6。风电材料设备
图6 偏航齿圈结构简图风电材料设备
(1)、偏航齿圈的轮齿强度计算方法参照DIN3990和GB3480《渐开线园柱齿轮承载能力计算方法》及GB6413《渐开线园柱齿轮胶合承载能力计算方法》进行计算。
(2)、偏航轴承部分的计算方法参照DIN281或JB/T2300《回转支承》来进行计算，偏航轴承的润滑应使用制造商推荐的润滑剂和润滑油，轴承必须进行密封。
2.2. 驱动装置
驱动装置一般由驱动电机或驱动马达、减速器、传动齿轮、轮齿间隙调整机构等组成。驱动装置的减速器一般可采用行星减速器或蜗轮蜗杆与行星减速器串联；传动齿轮一般采用渐开线圆柱齿轮。传动齿轮的齿面和齿根应采取淬火处理，一般硬度值应达到HRC55~62。驱动装置的结构简图见图7
图7 偏航驱动装置结构简图
2.3. 偏航制动器
偏航制动器一般采用液压拖动的钳盘式制动器，其结构简图见图8。风电材料设备
(1)、偏航制动器是偏航系统中的重要部件，制动器应在额定负载下，制动力矩稳定，其值应不小于设计值。在机组偏航过程中，制动器提供的阻尼力矩应保持平稳，与设计值的偏差应小于5％，制动过程不得有异常噪声。制动器在额定负载下闭合时，制动衬垫和制动盘的贴合面积应不小于设计面积的50％；制动衬垫周边与制动钳体的配合间隙任一处应不大于0.5mm。制动器应设有自动补偿机构，以便在制动衬块磨损时进行自动补偿，保证制动力矩和偏航阻尼力矩的稳定。在偏航系统中，制动器可以采用常闭式和常开式两种结构形式，常闭式制动器是在有动力的条件下处于松开状态，常开式制动器则是处于锁紧状态。两种形式相比较并考虑失效保护，一般采用常闭式制动器。
(2)、制动盘通常位于塔架或塔架与机舱的适配器上，一般为环状，制动盘的材质应具有足够的强度和韧性，如果采用焊接连接，材质还应具有比较好的可焊性，此外，在机组寿命期内制动盘不应出现疲劳损坏。制动盘的连接、固定必须可靠牢固，表面粗糙度应达到Ra3.2。
(3)、制动钳由制动钳体和制动衬块组成。制动钳体一般采用高强度螺栓连接用经过计算的足够的力矩固定于机舱的机架上。制动衬块应由专用的摩擦材料制成，一般推荐用铜基或铁基粉末冶金材料制成，铜基粉末冶金材料多用于湿式制动器，而铁基粉末冶金材料多用于干式制动器。—般每台风机的偏航制动器都备有2个可以更换的制动衬块。
2.4. 偏航计数器
偏航计数器是记录偏航系统旋转圈数的装置，当偏航系统旋转的圈数达到设计所规定的初级解缆和终极解缆圈数时，计数器则给控制系统发信号使机组自动进行解缆。计数器一般是一个带控制开关的蜗轮蜗杆装置或是与其相类似的程序。
五、纽缆保护装置
纽缆保护装置是偏航系统必须具有的装置，它是出于失效保护的目的而安装在偏航系统中的。它的作用是在偏航系统的偏航动作失效后，电缆的纽绞达到威胁机组安全运行的程度而触发该装置，使机组进行紧急停机。一般情况下，这个装置是独立于控制系统的，一旦这个装置被触发，则机组必须进行紧急停机。
3．偏航系统的维护
3.1. 偏航系统零部件的维护
（1）、偏航制动器风电材料设备
（2）、偏航轴承
（3）、偏航驱动装置
3.2. 偏航系统的维修和保养
4．偏航系统的常见故障
4.1. 齿圈齿面磨损风电材料设备
原因：
齿轮副的长期啮合运转；
相互啮合的齿轮副齿侧间隙中渗入杂质；
润滑油或润滑脂严重缺失使齿轮副处于干摩擦状态。
4.2. 液压管路渗漏
原因：
管路接头松动或损坏；
密封件损坏。
4.3. 偏航压力不稳
原因：
液压管路出现渗漏；
液压系统的保压蓄能装置出现故障；
液压系统元器件损坏。
4.4. 异常噪声
原因：风电材料设备
润滑油或润滑脂严重缺失；
偏航阻尼力矩过大；
齿轮副轮齿损坏；
偏航驱动装置中油位过低。
4.5. 偏航定位不准确
原因：
风向标信号不准确；
偏航系统的阻尼力矩过大或过小；
偏航制动力矩达不到机组的设计值；
偏航系统的偏航齿圈与偏航驱动装置的齿轮之间的齿侧间隙过大。
4.6. 偏航计数器故障
原因：
连接螺栓松动；
异物侵入；
连接电缆损坏；
磨损。
风电机组的偏航系统及发展趋势
偏航系统的作用、种类和组成
偏航系统是风电机组特有的伺服系统。偏航系统的主要作用有两个。其一是与风电机组的控制系统相互配合，使风电机组的风轮始终处于迎风状态，充分利用风能，提高风电机组的发电效率，同时在风向相对固定时能提供必要的锁紧力矩，以保障风电机组的安全运行。其二是由于风电机组可能持续地一个方向偏航，为了保证机组悬垂部分的电缆不至于产生过度的纽绞而使电缆断裂、失效，在电缆达到设计缠绕值时能自动解除缠绕。
偏航系统的方案有多种，如阻尼式偏航系统、带有偏航制动器的固定式偏航系统、软偏航系统、阻尼自由偏航系统和可控自由偏航系统等。目前应用最为普遍的有两种，一种是采用滑动轴承的阻尼式偏航系统，另一种是采用带有偏航制动器的固定式偏航系统。
偏航系统是由偏航控制机构和偏航驱动机构两大部分组成。其中偏航控制机构包括风向传感器、偏航控制器、解缆传感器等几部分，偏航驱动机构包括偏航轴承、偏航驱动装置、偏航制动器（或偏航阻尼装置）等几部分组成。
采用滑动轴承的阻尼式偏航系统
滑动轴承的偏航系统是阻尼型的偏航系统。该轴承处于塔架与机舱之间，它把各种力通过轴瓦从机舱传到塔架。滑动轴承的轴瓦大多是用工程塑料制成，这种材料（如PETP，它比尼龙更好）具有良好的综合性能，包括力学性能，耐热性，耐磨性，耐化学品性和自润滑性，且摩擦系数低，有一定的阻燃性，易加工，较好的耐腐蚀性。由于这种材料具有特有的
机械性能，使得这种轴承即使在缺少润滑的情况下也能工作。轴瓦由轴向上推力瓦、径向推力瓦和轴向下推力瓦组成。分别用来承受机舱和风轮重量产生的平行于塔筒方向的轴向力，风轮传递给机舱的垂直于塔筒方向的径向力和机舱的倾覆力矩。从而将机舱受到的各种力和力矩通过这三种轴瓦传递到塔架。
滑动轴承阻尼式偏航系统的结构如图1所示。
图中1、偏航电动机，2、偏航减速器，3、偏航卡钳，4、偏航小齿轮，5、塔架。
偏航减速器一般为立式行星减速器或行星/蜗杆减速器，其端部的小齿轮与偏航大齿圈啮合，通过电机驱动，实现偏航对风或解缆。
偏航卡钳是偏航部件中比较重要和结构较为复杂的部件（图2）：
1、机舱底盘，
2、卡钳与机舱底盘的固定螺栓，
3、轴向下推力瓦的固定螺栓，
4、轴向下推力瓦，
5、径向推力瓦，
6、径向推力瓦的固定螺栓，
7、防尘橡胶圈，
8、塔架与偏航摩擦盘及大齿圈的连接螺栓，
9、卡钳内的碟形弹簧，10、卡钳调整螺栓，11、轴向上推力瓦，12、偏航卡钳，13、大齿圈。
偏航卡钳不是一个，如在V52-850kW风电机组上共有四组。轴向上推力瓦起到滑动轴承的作用并承担机舱的重量和机组运行中向下的轴向力。径向推力瓦起到滑动轴承的作用并承担机舱与塔架运行中径向力。轴向下推力瓦起到滑动轴承的作用并承受一定的倾覆力矩。
为避免风电机组在偏航过程中产生过大的振动而造成整机的共振，偏航系统在机组偏航时必须具有合适的阻尼力矩。阻尼力矩的大小要根据机舱和风轮质量总和的惯性力矩等来确定。其基本的确定原则是确保风电机组在偏航时应动作平稳顺畅不产生振动。只有在阻尼力矩的作用下，机组的风轮才能够定位准确，充分利用风能进行发电。
滑动轴承的偏航系统优点是成本较低，维护方便；采用具有自润滑功能的滑动轴瓦支承方式，不需额外的润滑系统及低速液压制动器，无漏油现象。缺点是结构相对复杂；维护工作量较大；摩擦阻尼力矩较大，这是因为要使对风保持稳定，避免振动，必须有足够的摩擦阻尼力矩，偏航对风时必须克服此摩擦力矩，也就是说，在极限偏航载荷下，有可能机舱滑动。这种偏航系统有时会出现以下故障：
如偏航电机过热（在冬季经常发生），减速器齿轮损坏，轴向下推力瓦损坏，轴向上推力瓦脱落和断角，偏航卡钳调整螺栓断裂，径向推力瓦脱落等。
风电机组偏航系统采用滑动轴承的比较普遍。例如，国外VESTAS公司的V42-600kW，V52-850kW；GAMESA公司的G52-850kW；SUZLON公司的S.60-1000kW，S.66-1250kW，S.88-2MW；ZOND公司的Z-48750kW。我国华锐公司的SL1500-1.5MW（Fuhrlander技术），沈鼓2MW（Windtec技术）都是采用此类偏航系统。
采用滚动轴承带有偏航制动器的固定式偏航系统采用带有偏航制动器的偏航系统是固定型的偏航系统。该轴承处于塔架与机舱之间，滚动轴承把各种力从机舱传到塔架。安装的偏航制动系统，作用在环形制动盘上，提供多个液压制动器，1.5MW的风电机组上就有6个制动器，用来阻止在各种情况下不希望的偏航运动，制动器上的衬垫是用有机材料制成。这种材料要具有稳定的摩擦系数、低磨损率、耐高温。
采用带有偏航制动器的固定式偏航系统的结构如图3所示。
图中1 、偏航电动机，2、偏航减速器，3、偏航小齿轮，4、液压制动器，5、塔架，6、偏航摩擦盘，7、大齿圈，8、机舱底盘。
偏航减速器一般为立式行星减速器，其端部的小齿轮与偏航大齿圈啮合，通过电机驱动，实现偏航对风或解缆。偏航制动器需要提供液压源和控制装置。在制动状态，工作油压较高可使机舱固定不动，当偏航对风时，制动器由制动状态转变为具有20-30bar背压的阻尼状态，所以运动是平稳的。当在规定的气候条件下，要求电缆解缆时，制动器改变为松闸状态，此时机舱整圈反转并解缆。
滚动轴承的偏航系统优点是结构简单，对风可靠和无滑动，便于维护；偏航对风时摩擦阻尼力矩不大，对风平稳。缺点是成本较高。
这种偏航系统有时会出现密封漏油和噪声：当摩擦材料配料不均，摩擦副材料不匹配，
工作时会引起振动，导致噪声；多次偏航使摩擦表面局部磨损，或制动钳安装不平行，导致局部摩擦力增大，出现噪声。密封圈受热老化，进而影响密封圈寿命，制动器密封一旦破坏，会出现漏油，影响偏航制动力，同时摩擦表面会沾上油污，偏航转动后，摩擦片表面形成釉光层，导致摩擦系数下降，制动效果变差，。选用高质量制动器，精心制造和安装偏航系统各部件，上述问题完全可以解决。目前我国安装的风机其偏航制动器大多数为国外进口，使用国内生产的偏航制动器约为20%以下，其中主要是焦作瑞塞尔盘式制动器有限公司生产，该公司与风电市场对接十余年来，已形成了规模化生产，产品经近十年的市场考验，能满足使用要求，可以替代进口。
现代大型风电机组偏航系统采用带有制动器的滚动轴承固定式偏航非常普遍。例如，国外REpower公司的MD77-1.5MW，REpower 5M-5MW；Nordex公司的N60-1300kW，GE 公司的GE-1.5s -1.5MW，GEWindenergy 3.6MW；:Dewind公司的D6-1MW，D 8 - 2MW。国产风力机中，沈工大1.5MW、2MW及3MW（已转让20余家），华创1.5MW、东汽1.5MW 及3MW、华锐3MW都是采用此类偏航系统。
关于偏航驱动装置的功率问题。风电机组在运行过程中，当调向对风时，偏航驱动装置的功率应能克服偏航阻力矩M。而在计算偏航阻力矩时应考虑到如下几方面：
M=Mf+Mw+Mp+Mz+Mtv·com
式中：Mf- -回转支承的摩擦阻力矩；Mw--风压作用于风轮和机舱上所引起的风阻力矩；Mp--当偏航启动时，由机组中惯性力矩所引起的惯性阻力矩；Mz--由阻尼机构引起的阻尼力矩；Mtv--由于风轮主轴的倾角所产生的扭矩分量引起的偏航阻力矩。
例如，1.5MW固定式滚动轴承偏航，其Mf和Mz的总合为M值的40%-50%，如果采用阻尼式滑动轴承偏航，Mf将减少，而Mz将增大，最终对偏航驱动装置的功率影响并不大。
关于液压系统的问题。固定式偏航中，偏航制动器与高速轴制动器组成一个液压系统（液压站）。即使是阻尼式偏航，高速轴制动也需要有一个液压系统（液压站）。
发展趋势
目前和今后，固定式偏航仍然是主流。我国自主研制的机型大多数为固定式偏航，特别是3MW及3MW以上大型机组都为固定式偏航。
酒泉职业技术学院 毕业设计 题目：风力发电机组偏航系统的控制学院：酒泉职业技术学院 班级：10级风电（1）班 姓名：李世辉 指导教师：赵玉丽 完成日期：2012年12月20日
摘要 随着社会经济的发展，人们对电的需求日益提高。以石油、煤炭、天然气为的常规能源，不仅资源有限，而且还会在使用中造成严重的环境污染。在我们进入21世纪的今天，世界能源结构正在孕育着重大的转变，即由矿物能源系统向以可再生能源为基础的可持续能源系统转变。风能作为取之不尽，用之不竭的绿色清洁能源己受到全世界的重视，而风力机的偏航系统能使风能得到更好的利用，所以偏航系统的设计非常的重要。 本设计首先分析了偏航系统的工作原理，然后以三菱PLC作为控制器，触摸屏为监控器，设计了硬件系统模块，整个硬件系统采用了闭环控制，并说明了开环控制的缺点。根据偏航控制要求，设计了自动对风控制算法，自动解缆控制算法，90°背风控制算法，不仅提高了风能利用率，增大了发电效率，而且还保证了整个系统的安全性、稳定性,让风力发电机更好的运行。 关键词：偏航系统硬件设计自动对风自动解缆
目录 摘要 (1) 第一章概述.......................................................错误！未定义书签。 1.1设计背景 (2) 1.2设计研究意义 (2) 1.3国内外风力发电概况 (2) 1.3.1世界风电发展 (2) 1.3.2我国风电发展 (3) 第二章偏航控制系统功能简介和原理 (3) 2.1偏航控制系统的功能............................................错误！未定义书签。 2.2风力发电机组偏航控制原理......................................错误！未定义书签。 第三章偏航系统的控制过程.........................................错误！未定义书签。 3.1自动偏航控制..................................................错误！未定义书签。 3.1.1自动偏航传感器ASS状态...................................错误！未定义书签。 3.1.2参数说明和电机运行状态...................................错误！未定义书签。 3.1.3偏航控制流程图..........................................错误！未定义书签。 3.1.4偏航电机电气连接原理图..................................错误！未定义书签。 3.1.5偏航对风控制PLC程序....................................错误！未定义书签。 3.290°侧风控制................................................错误！未定义书签。 3.3人工偏航控制.................................................错误！未定义书签。 3.4自动解缆控制.................................................错误！未定义书签。 第四章总结 (5) 参考文献 (12) 致谢 (13)
目录 引言 (2) 一、风力发电机组简介 (2) 风力发电机原理 (2) 风力发电机组结构 (3) 二、风力发电机组传动系统 (5) 风力发电机组齿轮箱的概况 (5) 风力发电机组中的联轴器 (10) 三、风力发电机组的分类特点 (11) 垂直轴风力发电机组 (11) 水平轴风力发电机组 (12) 直驱型风力发电机 (12) 双馈式风力发电机 (12) 四、风力发电控制系统简述 (13) 风电控制系统基本功能 (13) 五、参考文献 (13)
风力发电机组传动系统设计 引言 随着科技的不断进步，社会的不断发展，能源问题将会成为未来人类必须解决的问题之一，同时可再生能源结构会成为未来能源的倾向之一。现如今风能作为一种无污染的可再生能源备受人们的关注，在一定程度上，风力发电将会成为未来最具潜力的新能源之一。风力发电正在世界上形成一股热潮，因为风力发电没有燃料问题，也不会产生辐射或空气污染。风力发电在芬兰、丹麦等国家很流行；我国也在大力提倡。 一、风力发电机组简介 风力发电机原理 风力发电机是将风能转换为机械功的动力机械。风力发电的原理，是利用风力带动风车叶片旋转，再透过增速机将旋转的速度提升，来促使发电机发电。依据目前的风车技术，大约是每秒三公尺的微风速度（微风的程度），便可以开始发电。 风力发电机由机头、转体、尾翼、叶片组成。每一部分都很重要，各部分功能为：叶片用来接受风力并通过机头转为电能；尾翼使叶片始终对着来风的方向从而获得最大的风能；转体能使机头灵活地转动以实现尾翼调整方向的功能；机头的转子是永磁体，定子绕组切割磁力线产生电能。风力发电机因风量不稳定，故其输出的是13～25V变化的交流电，须经充电器整流，再对蓄电瓶充电，使风力发电机产生的电能变成化学能。然后用有保护
风力发电技术与风电场工程 第三章练习题及答案 一、填空题 1、并网型风力发电机的功能是将风轮获取的空气动能转换成机械能，再将机械能转换为电能，输送到电网中。 2、并网型风力发电机组的整体结构分为叶轮、机舱、塔架、和基础等几大部分。 3、机舱内布置的传动系统，由主轴、齿轮箱、联轴器和发电机等构成。 4、机舱底座是机组主驱动链和偏航机构固定的基础，并能将载荷传递到塔架上去。 5、铸造底座一般采用球墨铸铁制造，铸件尺寸稳定，吸振性和低温型较好。 6、整流罩是置于轮毂前面的罩子，其作用是整流，减小轮毂的阻力和保护轮毂中的设备。 7、风电机组的基础通常为钢筋混凝土结构，并且根据当地地质情况设计成不同的形式。基础周围还要设置预防雷击的接地系统。 8、塔架的基本形式有桁架式塔架和圆筒式塔架两大类。桁架式塔架优点为制造简单，成本低，运输方便，缺点为通向塔顶的上下梯子不好安排，塔架过于敞开，维护人员上下不安全。塔筒式塔架优点是美观大方，塔身封闭，风电机组维护时上下塔架安全可靠。 9、塔架高度主要依据风轮直径确定。 10、风电机组的基础主要按照塔架的载荷和机组所在地的气候环境条件，结合高层建筑建设规范建造。 11、风力发电机组的机械传动系统包括轮毂、主轴、齿轮箱、制动器、联轴器以及安全装置等。 12、齿轮箱的作用是传递扭矩和提供转速，通过两到三级渐开线圆柱齿轮增速传动得以实现，一般常采用行星齿轮或行星加平行轴齿轮组合传动结构。 13、齿轮箱输出轴（高速轴）通过柔性联轴器与发电机轴连接。 14、联轴器通过绝缘构件阻止发电机磁化齿轮箱内的齿轮和轴承等钢制零件，避免这些零件发生电腐蚀现象。联轴器上还设置有扭矩限制装置用以保护传动轴系，防止过载运行。 15、偏航系统功能就是跟踪风向的变化，驱动机舱围绕塔架中心线旋转，使风轮扫掠面与风向保持垂直。 16、机舱的偏航运动是由偏航齿轮装置自动执行的，它是根据风向仪提供的风向信号，由控制系统发出指令，通过传动机构使机舱旋转，让风轮始终处于迎风位置。 17、风向标是偏航系统的传感器。 18、偏航轴承有滚动轴承和滑动轴承两种，大型机组大多采用滚动轴承。 19、变桨机构中配置蓄电池的作用是以防电网突然掉电或电信号突然中断的紧急情况下，使得风电机组能够安全平稳地实现变桨。 20、液压系统的主要功能是向制动系统或液压、伺服变桨距控制系统的工作油缸提供压力油，由电动机、油泵、油箱、过滤器、管路及各种液压阀组成。 21、制动系统主要分为空气动力制动和机械制动两部分。
风力发电机组偏航系统详细介绍2012-12-15 资讯频道 偏航系统的主要作用有两偏航系统是水平轴式风力发电机组必不可少的组成系统之一。 使风力发电机组的风轮始终处于迎风状态，其一是与风力发电机组的控制系统相互配合，个。以保障风力发其二是提供必要的锁紧力矩，充分利用风能，提高风力发电机组的发电效率；被动风力发电机组的偏航系统一般分为主动偏航系统和被动偏航系统。电机组的安全运行。舵轮常见的有尾舵、偏航指的是依靠风力通过相关机构完成机组风轮对风动作的偏航方式，常见的有主动偏航指的是采用电力或液压拖动来完成对风动作的偏航方式，和下风向三种；通常都采用主动偏航的齿轮驱动对于并网型风力发电机组来说，齿轮驱动和滑动两种形式。形式。 1．偏航系统的技术要求 1.1. 环境条件 在进行偏航系统的设计时，必须考虑的环境条件如下： 1). 温度； 2). 湿度； 3). 阳光辐射； 雨、冰雹、雪和冰；4). 5). 化学活性物质； 机械活动微粒；6). 盐雾。风电材料设备7). 近海环境需要考虑附加特殊条件。8). 应根据典型值或可变条件的限制，确定设计用的气候条件。选择设计值时，应考虑几 气候条件的变化应在与年轮周期相对应的正常限制范围内，种气候条件同时出现的可能性。不影响所设计的风力发电机组偏航系统的正常运行。 1.2. 电缆 必须使电缆有足够为保证机组悬垂部分电缆不至于产生过度的纽绞而使电缆断裂失效， 电缆悬垂量的多少是根据电缆所允许的扭转角度确定的悬垂量，在设计上要采用冗余设计。的。阻尼1.3. 偏航系统在机组为避免风力发电机组在偏航过程中产生过大的振动而造成整机的共振， 阻尼力矩的大小要根据机舱和风轮质量总和的惯性力矩来偏航时必须具有合适的阻尼力矩。只有在其基本的确定原则为确保风力发电机组在偏航时应动作平稳顺畅不产生振动。确定。阻尼力矩的作用下，机组的风轮才能够定位准确，充分利用风能进行发电。 1.4. 解缆和纽缆保护 偏航系统的偏航动解缆和纽缆保护是风力发电机组的偏航系统所必须具有的主要功能。 所以在偏航系统中应设置与方向有关的计数作会导致机舱和塔架之间的连接电缆发生纽绞，检测装置或类一般对于主动偏航系统来说，装置或类似的程序对电缆的纽绞程度进行检测。对于被动偏航系统检测装置或类似似的程序应在电缆达到规定的纽绞角度之前发解缆信号；偏航系并进行人工解缆。的程序应在电缆达到危险的纽绞角度之前禁止机舱继续同向旋转，一般与偏航圈统的解缆一般分为初级解缆和终极解缆。初级解缆是在一定的条件下进行的，这个装置的控制逻纽缆保护装置是风力发电机组偏航系统必须具有的装置，数和风速相关。辑应具有最高级别的权限，一旦这个装置被触发，则风力发电机组必须进行紧急停机。偏航转速 1.5. 1 对于并网型风力发电机组的运行状态来说，风轮轴和叶片轴在机组的正常运行时不可避免的产生陀螺力矩，这个力矩过大将对风力发电机组的寿命和安全造成影响。为减少这个力矩对风力发
风力发电机原理及结构 风力发电机是一种将风能转换为电能的能量转换装置，它包括风力机和发电机两大部分。空气流动的动能作用在风力机风轮上，从而推动风轮旋转起来，将空气动力能转变成风轮旋转机械能，风轮的轮毂固定在风力发电机的机轴上，通过传动系统驱动发电机轴及转子旋转，发电机将机械能变成电能输送给负荷或电力系统，这就是风力发电的工作过程。 1、风机基本结构特征 风力机主要有风轮、传动系统、对风装置（偏航系统）、液压系统、制动系统、控制与安全系统、机舱、塔架和基础等组成。 （1）风轮 风力机区别于其他机械的主要特征就是风轮。风轮一班有2~3个叶片和轮毂所组成，其功能是将风能转换为机械能。 风力发电厂的风力机通常有2片或3片叶片，叶尖速度50~70m/s，3也片叶轮通常能够提供最佳效率，然而2叶片叶轮及降低2%~3%效率。更多的人认为3叶片从审美的角度更令人满意。3叶片叶轮上的手里更平衡，轮毂可以简单些。 1）叶片叶片是用加强玻璃塑料（GRP）、木头和木板、碳纤维强化塑料（CFRP）、钢和铝职称的。对于小型的风力发电机，如叶轮直径小于5m，选择材料通常关心的是效率而
不是重量、硬度和叶片的其他特性，通常用整块优质木材加工制成，表面涂上保护漆，其根部与轮毂相接处使用良好的金属接头并用螺栓拧紧。对于大型风机，叶片特性通常较难满足，所以对材料的选择更为重要。 目前，叶片多为玻璃纤维增强负荷材料，基体材料为聚酯树脂或环氧树脂。环氧树脂比聚酯树脂强度高，材料疲劳特性好，且收缩变形小，聚酯材料较便宜它在固化时收缩大，在叶片的连接处可能存在潜在的危险，即由于收缩变形，在金属材料与玻璃钢之间坑能产生裂纹。 2）轮毂轮毂是风轮的枢纽，也是叶片根部与主轴的连接件。所有从叶片传来的力，都通过轮毂传到传动系统，在传到风力机驱动的对象。同时轮毂也是控制叶片桨距（使叶片作俯仰转动）的所在。 轮毂承受了风力作用在叶片上的推理、扭矩、弯矩及陀螺力矩。通常安装3片叶片的水平式风力机轮毂的形式为三角形和三通形。 轮毂可以是铸造结构，也可以采用焊接结构，其材料可以是铸钢，也可以采用高强度球墨铸铁。由于高强度球墨铸铁具有不可替代性，如铸造性能好、容易铸成、减振性能好、应力集中敏感性低、成本低等，风力发电机组中大量采用高强度球墨铸铁作为轮毂的材料。 轮毂的常用形式主要有刚性轮毂和铰链式轮毂（柔性轮毂
风力发电机结构介绍 风力发电机组是由风轮、传动系统、偏航系统、液压系统、制动系统、发电机、控制与安全系统、机舱、塔架和基础等组成。该机组通过风力推动叶轮旋转，再通过传动系统增速来达到发电机的转速后来驱动发电机发电，有效的将风能转化成电能。风力发电机组结构示意图如下。 1、叶片 2、变浆轴承 3、主轴 4、机舱吊 5、齿轮箱 6、高速轴制动器 7、发电机 8、轴流风机 9、机座 10、滑环 11、偏航轴承 12、偏航驱动 13、轮毂系统 各主要组成部分功能简述如下 （1）叶片叶片是吸收风能的单元，用于将空气的动能转换为叶轮转动的机械能。叶轮的转动是风作用在叶片上产生的升力导致。由叶片、轮毂、变桨系统组成。每个叶片有一套独立的变桨机构，主动对叶片进行调节。叶片配备雷电保护系统。风机维护时，叶轮可通过锁定销进行锁定。 （2）变浆系统变浆系统通过改变叶片的桨距角，使叶片在不同风速时处于最佳的吸收风能的状态，当风速超过切出风速时，使叶片顺桨刹车。 （3）齿轮箱齿轮箱是将风轮在风力作用下所产生的动力传递给发电机，并使其得到相应的转速。 （4）发电机发电机是将叶轮转动的机械动能转换为电能的部件。明阳se
机组采用是带滑环三相双馈异步发电机。转子与变频器连接，可向转子回路提供可调频率的电压，输出转速可以在同步转速±30%范围内调节。 （5）偏航系统偏航系统采用主动对风齿轮驱动形式，与控制系统相配合，使叶轮始终处于迎风状态，充分利用风能，提高发电效率。同时提供必要的锁紧力矩，以保障机组安全运行。 （6）轮毂系统轮毂的作用是将叶片固定在一起，并且承受叶片上传递的各种载荷，然后传递到发电机转动轴上。轮毂结构是3个放射形喇叭口拟合在一起的。 （7）底座总成底座总成主要有底座、下平台总成、内平台总成、机舱梯子等组成。通过偏航轴承与塔架相连，并通过偏航系统带动机舱总成、发电机总成、变浆系统总成。 se型风电机组主要技术参数如下： （1）机组： 机组额定功率：1500kw 机组起动风速：3m/s 机组停机风速： 25m/s 机组额定风速： m/s （2）叶轮： 叶轮直径： 叶轮扫掠面积：5316m2 叶轮速度： 叶轮倾角： 5o 叶片长度： 叶片材质：玻璃纤维增强树脂 （3）齿轮箱： 齿轮箱额定功率：1663kw 齿轮箱转速比： （4）发电机： 发电机额定功率：1550kw
风力发电技术与风电场工程 第五章练习题 习题答案 一、填空题 1、风力发电机组机械传动系统是指将风轮获得的空气动力以机械方式传递到发电机的整个轴系及其组成部分，由主轴、齿轮箱、联轴器、制动器和过载安全保护装置等组成。 2、传统的采用齿轮箱增速的风力发电机组传动系统形式按照主轴轴承的支撑方式，以及主轴与齿轮箱的相对位置来区分，主要有两点式、三点式、一点式和内置式四种。 3、直驱型风力发电机组的发电机分为外转子和内转子两种形式。 4、半直驱指采用比传统机组齿轮增速比较小的齿轮增速装置，使发电机的技术减少，从而缩小发电机的尺寸，便于运输和吊装。 5、主轴支撑风轮并将风轮的扭矩传递给齿轮箱，将轴向推力、气动弯矩传递给底座。 6、作用在主轴的载荷除了与风轮传来的外载荷有关外，还与风轮（主轴）的支撑形式的相对位置有关。 7、联轴器用于连接两传动轴，一般由两个半联轴节及连接件组成。 8、联轴器除了能传递所需的转矩外，还应具有补偿两轴线的相对位移或位置偏差，从而减小振动与噪声以及保护机器等性能。 9、常用的联轴器有刚性联轴器和弹性联轴器两种。 10、主轴与齿轮箱输入轴（低速轴）连接处应用刚性联轴器，在发电机与齿轮箱输出轴（高速轴）连接处应采用弹性联轴器。 11、机组制动包括机械制动、气动制动和发电机制动。 12、在风力发电机组中，最常用的机械制动器为液压盘式制动器。 13、常见的轮齿失效形式有轮齿折断、齿面点蚀、齿面胶合、齿面磨损、齿面塑性变形等。 14、在标准条件下齿轮箱的机械效率应达到大于97%。 15、齿轮箱的润滑方式有飞溅式、压力强制润滑式或混合式。 16、为了提高承载能力，齿轮一般都采用优质合金钢制造。 17、齿轮箱第一次换油应在首次投入运行500小时后进行，齿轮箱应每半年检修一次。 18、齿轮箱常见的故障有齿轮损伤、轴承损坏、断轴和油温高等。 19、齿轮箱油温最高不应超过80℃，不同轴承间的温差不得超过15℃。 20、偏航系统有被动偏航系统和主动偏航系统两种。 21、机舱可以两个方向旋转，旋转方向由接近开关进行检测。 22、偏航系统一般由偏航轴承、偏航驱动装置、偏航制动器、偏航计数器、纽缆保护装置、偏航液压装置等部件组成。 23、目前变桨系统执行机构主要有液压变桨距和电动变桨距两种，按其控制方式可分为统一变桨和独立变桨两种。 24、目前变桨距机组大多采用三个桨叶统一控制的方式，即三个桨叶变换是一致
密级：公司秘密 东方汽轮机有限公司 DONGFANG TURBINE Co., Ltd. 2.0MW108C型风力发电机组主控制系统 说明书 编号KF20-001000DSM 版本号 A 2014年7 月
编制 <**设计签字**> <**设计签字日期**> 校对 <**校对签字**> <**校对签字日期**> 审核 <**审核签字**> <**审核签字日期**> 会签 <**标准化签字**> <**标准化签字日期**> <**会二签字**> <**会二签字日期**> <**会三签字**> <**会三签字日期**> <**会四签字**> <**会四签字日期**> <**会五签字**> <**会五签字日期**> <**会六签字**> <**会六签字日期**> <**会七签字**> <**会七签字日期**> <**会八签字**> <**会八签字日期**> <**会九签字**> <**会九签字日期**> 审定 <**审批签字**> <**审批签字日期**> 批准 <**批准签字**> <**批准签字日期**> 编号
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目录 序号章 节名称页数备注 1 0-1 概述 1 2 0-2 系统简介 1 3 0-3 系统硬件11 4 0-4 系统功能 5 5 0-5 主控制系统软件说明12 6 0-6 故障及其处理说明64
0-1概述 风能是一种清洁环保的可再生能源，取之不尽，用之不竭。随着地球生态保护和人类生存发展的需要，风能的开发利用越来越受到重视。 风力发电机就是利用风能产生电能，水平轴3叶片风力发电机是目前最成熟的机型，它主要是由叶片、轮毂、齿轮箱、发电机、机舱、变频器、偏航装置、刹车装置、控制系统、塔架等组成。 风力发电机的控制技术和伺服传动技术是其核心和关键技术，这与一般工业控制方式不同。风力发电机组控制系统是一个综合性的控制系统，主要由机舱主控系统、变桨系统、变频控制系统三部分组成，通过现场总线以及以太网连接在一起，各个模块都有独立的控制单元，可独立完成与自身相关的功能（图0-1-1）。目的是保证机组的安全可靠运行、获取最大风能和向电网提供优质的电能。 图0-1-1
题目：风力发电机偏航系统控制 风力发电机偏航系统控制 摘要 本文介绍了风力机的偏航控制机构、驱动机构的基础上，采用PLC作为主控单元，设计了风电机组的偏航控制系统。系统根据风向、风速传感器采集的数据，采取逻辑控制主动对风，实现了对风过程可控。论文给出了基于风向标、风速仪的偏航控制系统的软硬件设计结果。 关键词：
Wind turbine yaw control system Abstract In this paper, the wind turbine yaw control mechanism, drive mechanism, based on the use of single-chip PLC as the main control unit, designed for wind turbine yaw control system. Systems based on wind direction, wind speed data collected by sensors, logic control to take the initiative on the wind, to achieve controllability of the wind process. Papers are given based on the wind direction, wind speed sensor yaw control system hardware and software design. Key words:Wind turbine ；Yaw control system；
风力发电偏航系统 ―科学技术是第一生产力‖，随着社会的发展，前国家领导人邓小平同志说的这句话已得到了足够彻底的肯定！ 正当人们迈向21世纪时，科学技术的长足进步，促使世界各地各类产业都进入了结构调整时期。结构调整与重组已使那些最传统、最垄断的产业也发生了人们难以预想到的变化。社会发展将在大重组、大调整的过程中走向新时代。 从能源、电力产业看，20世纪90年代，世界能源、电力市场发展最迅速的已不再是石油、煤和天然气，太阳能发电、风力发电等可再生能源异军突起。全世界风力发电容量从1990 年的200万KW，发展到1998年的960万KW。因此，在20世纪末，国际一些能源专家预言：新能源、电力方面而言，21世纪将是可再生能源的世纪，能源、电力的开发利用将面临历史的变革。 不可否认，目前能源界存在两种观点：一是新能源仍然微不足道，也不可能满足几十亿人对能源的需求；二是现有的能源技术系统是可靠的、经济的、完全成熟的，全球能源技术和系统不会在短期内发生变化——石油、煤炭、天然气、水力发电、火力发电仍主宰能源事业，不会被代替。今天，社会的可持续发展已成为政治问题，新技术、产业调整以及更为严厉的环境政策，必将推动世界能源和能源经济的变革。20世纪中，电子技术、新材料和生产技术取得了长足进步，并在能源产业得到广泛的应用，各国政府对新能源技术的研究和发展给予了不同于常规能源技术的大力支持，技术、科技的进步将使风能在不久的将来被大规模应用。此外，风力发电有利于环境的保护。人类强烈的意识到对已遭破坏的地球环境必须进行保护，为此，必须对能源、电力的应用进行变革。由于世界上许多国家对火电厂废气废物的排放都有明确的法律规定，使火电厂生产成本大大提高。核能由于造价高和具有危险性，也难以大规模应用。能源发展是一个公共政策问题。1981年在内罗比举行的联合国新能源和的再生能源开发利用大会，强调替代能源和可再生能源可减轻对石油依赖的重要性。等等这些会议，都说明了一点，那就是能源利用和环境问题。 风力发电已经发展了100年，取得了很大的进展，风电技术已经成熟。目前市场分额最大的风电机组主要分两类：一类是变桨距调节型，即运行中改变桨距角获得最佳空气动力性能，其整机重量较轻，但结构复杂一些，机组价格较高；另一类是定桨距失速调节型机组，其轮毂结构简单，叶片固定在轮毂上，当风速超过额定值时，叶片失速使升力下降，将功率调节在额定值以下防止发电机超负荷，缺点是空气动力效率较低，整机重量大。风电技术开发的趋势是重量更轻，结构更具柔性，直接驱动发电机和变转速运行。更大单机容量的机组仍在继续研制。随着风电容量在电力系统中的比例越来越大，对系统的影响日益明显。人们已经开始利用天气预报的技术预测风电场的功率输出，以优化运行调度。 风力发电的基本原理是：风能具有一定的动能，通过风力发电机把风能转化为机械能，拖动发电机发电，经整流器得到稳定的直流电供给直流负荷，通过逆变器输出三相交流电，供给三相负荷，这里蓄电池既有储能作用，又起稳定电压的作用。 并网方式是：采用同步发电机或者异步发电机作为风力发电机与电网并联运行，并网后的电压和频率完全取决于电网。无穷大电网具有很强的牵制能力，也具有巨大的能量吞吐能力。并网后的风力发电机按风力大小自动输出大小不同的电能。这种方式中风力发电机必须具有并网和解列控制，只有当风力发电机电压、频率与电网一致时才能并网，当风力发电机因风速太小而不能输出电能时，就会从电网解列。 风力发电的特点是：可再生的洁净能源；建设周期短；装机规模灵活；可靠性高；造价低；运行维护简单；实际占地面积小；发电方式多样化；单机容量小。 我厂现有装机容量11.2万KW，共132台，单机容量850KW。有西班牙Gamesa和丹麦Vestas制造的两种机型。两种风机的原理和使用基本相同，不同的是，采用的零部件牌号不同。
风力发电机齿轮箱简介 摘要 随着全球经济的迅速发展和人类生活水平的日益提高,对能源的需求越来越大，环境的破坏也渐趋严重，新能源的开发及利用是当今社会发展的必然趋势。风能作为一种清洁环保的绿色能源受到世界各国的青睐，而将风能转化为电能的装置--风力发电机的研究也是现在的一大热门主题。本文主要介绍了风力发电机传动系统的主要部分--齿轮箱，对其设计要求、结构类型、零部件进行了介绍，同时结合自身专业知识进对其工作环境、存在的失效故障问题进行了简单研究。 关键词：新能源；风力发电机；齿轮箱；工作环境；失效问题 ABSTRACT With the rapid development of global economy and the increasing of human living standard, the demand for energy is more and more large, the destruction of the environment is also becoming more serious, thedevelopment of new energy and utilization is the inevitable trend of social development.Wind power as a kind of clean and environmental protection green energy is favored by countries around the world, and the device which changes wind energy into electrical energy--wind turbine, theresearch of it is now a hot topic. The paper mainly introduced the drive system of wind turbines--gearbox, the design requirements, structure types and main components of it are introduced. At the same time, according to the own professional knowledge,the work environment and the existing questionabout fault has been simply studied by according to the own professional knowledge. Keywords：new energy sources;wind turbine;gear box;the work environment;the failure problems
摘要 能源、环境是当今人类生存和发展所要解决的紧迫问题。风力发电作为一种可持续发展的新能源，不仅可以节约常规能源，而且减少环境污染，具有较好的经济效益和社会效益，越来越受到各国的重视。 由于风能具有能量密度低、随机性和不稳定性等特点，风力发电机组是复杂多变量非线性不确定系统，因此，控制技术是机组安全高效运行的关键。偏航控制系统成为水平轴风力发电机组控制系统的重要组成部分。风力发电机组的偏航控制系统，主要分为两大类：被动迎风偏航系统和主动迎风系统。前者多用于小型的独立风力发电系统，由尾舵控制，风向改变时，被动对风。后者则多用大型并网型风力发电系统，由位于下风向的风向标发出的信号进行主动对风控制。本文设计是大型风力发电机组根据风速仪、风向标等传感器数据，对风、制动、开闸并确定起动，达到同步转速一段时间后，进行并网操作，开始发电。 本文介绍了风力机的偏航控制机构、驱动机构的基础上，采用PLC作为主控单元，设计了风电机组的偏航控制系统。系统根据风向、风速传感器采集的数据，采取逻辑控制主动对风，实现了对风过程可控。论文给出了基于风向标、风速仪的偏航控制系统的软硬件设计结果。 关键词：风力发电机；风向标；偏航控制系统；驱动机构
目录 第1章绪论 (2) 1.1 课题的背景和意义 (2) 1.2 国内风力发电的发展 (3) 第2章风力发电机组系统组成及功能简介 (5) 2.1 风力机桨叶系统 (5) 2.2 风力机齿轮箱系统 (6) 2.3 发电机系统 (7) 2.4 偏航系统 (8) 2.6 刹车系统 (8) 2.8 控制系统 (8) 第3章偏航控制系统功能和原理 (10) 3.1 偏航控制机构 (10) 3.1.1 风向传感器 (10) 3.1.2 偏航控制器 (12) 3.1.3 解缆传感器 (12) 3.2 偏航驱动机构 (13) 3.2.2 偏航驱动装置 (15) 3.2.3 偏航制动器 (16) 第4章偏航控制系统设计及结果分析 (18) 4.1 偏航系统控制过程分析 (18) 4.1.1 自动偏航 (18) 4.1.2 90度侧风控制 (19) 4.1.3 人工偏航控制 (20) 4.1.4 自动解缆 (20) 4.1.5 阻尼刹车 (21) 4.2 偏航控制系统总体设计结构与思想 (22) 4.3 偏航控制系统设计各组成器件简介、选型及原理 (22) 总结与展望 (23) 参考文献 (24) 致谢 (24)
风力发电系统的控制原理 风力涡轮机特性： 1，风能利用系数Cp 风力涡轮从自然风能中吸取能量的大小程度用风能利用系数Cp表示： P---风力涡轮实际获得的轴功率 r---空气密度 S---风轮的扫风面积 V---上游风速 根据贝兹（Betz）理论可以推得风力涡轮机的理论最大效率为：Cpmax=0.593。 2，叶尖速比l 为了表示风轮在不同风速中的状态，用叶片的叶尖圆周速度与风速之比来衡量，称为叶尖速比l。 n---风轮的转速 w---风轮叫角频率 R---风轮半径 V---上游风速 在桨叶倾角b固定为最小值条件下，输出功率P/Pn与涡轮机转速N/Nn的关系如图1所示。从图1中看，对应于每个风速的曲线，都有一个最大输出功率点，风速越高，最大值点对应得转速越高。如故能随风速变化改变转速，使得在所有风速下都工作于最大工作点，则发出电能最多，否则发电效能将降低。 涡轮机转速、输出功率还与桨叶倾角b有关，关系曲线见图2 。图中横坐标为桨叶尖速度比，纵坐标为输出功率系统Cp。在图2 中，每个倾角对应于一条Cp=f(l)曲线，倾角越大，曲线越靠左下方。每条曲线都有一个上升段和下降段，其中下降段是稳定工作段（若风速和倾角不变，受扰动后转速增加，l加大，Cp减小，涡轮机输出机械功率和转矩减小，转子减速，返回稳定点。）它是工作区段。在工作区段中，倾角越大，l和Cp越小。 3，变速发电的控制 变速发电不是根据风速信号控制功率和转速，而是根据转速信号控制，因为风速信号扰动大，而转速信号较平稳和准确（机组惯量大）。 三段控制要求： 低风速段Ｎ＜Ｎｎ，按输出功率最大功率要求进行变速控制。联接不同风速下涡轮机功率－转速曲线的最大值点，得到ＰＴＡＲＧＥＴ＝ｆ（ｎ）关系，把ＰＴＡＲＧＥＴ作为变频器的给定量，通过控制电机的输出力矩，使风力发电实际输出功率Ｐ＝ＰＴＡＲＧＥＴ。图３是风速变化时的调速过程示意图。设开始工作与Ａ２点，风速增大至Ｖ２后，由于惯性影响，转速还没来得及变化，工作点从Ａ２移至Ａ１，这时涡轮机产生的机械功率大于电机发出的电功率，机组加速，沿对应于Ｖ２的曲线向Ａ３移动，最后稳定于Ａ３点，风速减小至Ｖ３时的转速下降过程也类似，将沿Ｂ２－Ｂ１－Ｂ３轨迹运动。 中风速段为过渡区段，电机转速已达额定值Ｎ＝Ｎｎ，而功率尚未达到额定值Ｐ＜Ｐｎ。倾角控制器投入工作，风速增加时，控制器限制转速升，而功率则随着风速增加上升，直至Ｐ＝Ｐｎ。 高风速段为功率和转速均被限制区段Ｎ＝Ｎｎ／Ｐ＝Ｐｎ，风速增加时，转速靠倾角控制器限制，功率靠变频器限制（限制ＰＴＡＲＧＥＴ值）。 ４，双馈异步风力发电控制系统
风力发电偏航控制系统
风力发电偏航控制系统的研究 0 引言 风能是一种清洁能源，在人类实现可持续发展中有着重要作用，由于它的作用大，故此吸引的许多人的开发，风力发电更是受到广大的青睐。其可靠优秀可靠优秀也被更多人认识。 本文主要是对风力偏航控制系统的组成和原理做一个简单的了解，偏航系统主要是由偏航控制机构和偏航驱动机构两大部分组成，控制机构包括风向传感器，偏航控制器，解缆传感器组成，而驱动机构是由偏航轴承，偏航驱动装置，偏航制动器组成。本课题也是在了解了风力发电的一些基本原理的前提下面，进一步对偏航做一个更好的认识，了解简单的控制流程。同样就风力在全世界的快速发展，因此带动了一大批产业的崛起，它对世界经济的上升带来了不可忽视的重大作用。 1 风力发电概况 1.1国外风力发电的发电 根据全国风能理事会发布的全球风电市场装机数据，2011年，全球新增风电装机达到237669MW。这一数据表明全球累计装机实现了21%的年增长，新装数据达到6%。到目前，全球75个过国家有商业运营的风电装机，其中22个国家的装机容量超过1000MW。1996~2011年全球风电发展情况如图1-1和图1-2。
图1-1 1996~2011年全球风电每年新增装机容 量 图1-2 1996~2011年全球风电每年累计装机容量 1.2国内风力发电的发展 风电行业在2011年仍然保持了较快的发展，根据不完全统计，截止到2011年12月末，中国风电累计装机容量达6580.21万千瓦（包括已经并网发电和等待并网发电），分布在31个省、直辖市、自治区和特别行政区。其中，广州和四川在2011年填补了无风电的空白。累计风电装机超过200万千瓦的省级地区有10个，其中内蒙古风电装机容量以1853.63万千瓦位居第一，河北与甘肃分
风力发电机组机械传动系统 1、 主轴是风轮的转轴，支撑风轮并将风轮的【扭矩】传递给齿轮箱， 将【轴向推力】和【气动弯矩】传递给底座。 2、 计算主轴直径常用【3n p d A 】，其中P 指的是【主轴传递的功率】，n 为【主轴的转速】，A 指的是与材料有关的系数，常取105-115。 3、 常用的主轴材料有【42CrMoA 】和【34CrNiMo6】。 4、 主轴的毛坯是【锻件】，经过反复锻打改善金属的【纤维组织】以 提高承载能力。 5、 主轴精加工后各台阶过渡段均为光亮【无刀痕】的圆角，以防止 【应力集中】发生。 6、 联轴器用于连接两传动轴，一般由两个【半联轴节】及【连接件】 组成。 7、 传统的采用齿轮箱增速的风力发电机组传动形式按【主轴轴承的 支撑】方式，分为【一点式】、【两点式】、【三点式】和【内置式】。 8、 三点式布置的机组，齿轮箱除了主轴传递的扭矩外，还要承受平 衡风轮重力等形成的【支反力】。 9、 膜片式联轴器的补偿范围为轴向小于【4mm 】，角向小于【1°】， 径向小于【6mm 】. 10、 对于标准联轴器而言，选用时主要确定联轴器【类型】和【型 号】。 11、 高弹性联轴器性能要求中，最大许用转矩为额定转矩的【3】 倍以上，必须具有【100Ω】以上的绝缘电阻，并能承受【2】kV
的电压。 12、膜片式联轴器的补偿原件是具有弹性的金属片，材料为 【1Cr18Ni9】，可补偿【轴向】、【径向】和【角向】的偏差。13、对于膜片式联轴器，当轴向的安装偏差接近1.4mm，角向偏差 接近0.25°时，径向的安装偏差就不能超过【2.4mm】。 14、在兆瓦级机组上髙速轴端应用较多的联轴器有【膜片式联轴 器】和【连杆式联轴器】。 15、连杆式联轴器利用【过载保护套】，当传递扭矩超过一定数值 时可自动打滑，保护轴系免受损伤，并可自动复位工作。连杆式联轴器利用连杆的绞接和橡胶及关节形非金属复合材料的可变形性补偿轴向、径向和角向偏差。 16、对于联轴器的耐压要求主要取决于发电机的【漏电】和【感应 电压】。 17、连杆式联轴器只能【单向】传递转矩，不适用与双向运转。 18、盘式制动器按制动钳的结构形式分为【固定钳式】和【浮动钳 式】两种。【浮动钳式】又分【滑动钳式】和【摆动钳式】两种。 19、风电机组必须有【一】套或多套制动装置能在任何运行条件下 使轴系静止或空转。机组制动包括【机械制动】、【气动制动】和【发电机制动】。 20、制动器按制动块的驱动方式可分为【气动】、【液压】、【电磁】 等形式；按制动块的工作状态可分为【常闭式】和【常开式】两种形式。
风力发电偏航控制系统的研究 0 引言 风能是一种清洁能源，在人类实现可持续发展中有着重要作用，由于它的作用大，故此吸引的许多人的开发，风力发电更是受到广大的青睐。其可靠优秀可靠优秀也被更多人认识。 本文主要是对风力偏航控制系统的组成和原理做一个简单的了解，偏航系统主要是由偏航控制机构和偏航驱动机构两大部分组成，控制机构包括风向传感器，偏航控制器，解缆传感器组成，而驱动机构是由偏航轴承，偏航驱动装置，偏航制动器组成。本课题也是在了解了风力发电的一些基本原理的前提下面，进一步对偏航做一个更好的认识，了解简单的控制流程。同样就风力在全世界的快速发展，因此带动了一大批产业的崛起，它对世界经济的上升带来了不可忽视的重大作用。 1 风力发电概况 1.1 国外风力发电的发电 根据全国风能理事会发布的全球风电市场装机数据，2011 年，全球新增风电装机达到237669MW 。这一数据表明全球累计装机实现了21%的年增长，新装数据达到6%。到目前，全球75 个过国家有商业运营的风电装机，其中22 个国家的装机容量超过1000MW。996~2011年全球风电发展情况如图1-1和图1-2。
图1-1 1996~2011年全球风电每年新增装机容量 图1-2 1996~2011年全球风电每年累计装机容量 1.2国内风力发电的发展 风电行业在2011年仍然保持了较快的发展，根据不完全统计，截止到2011 年12月末，中国风电累计装机容量达6580.21万千瓦（包括已经并网发电和等待并网发电），分布在31个省、直辖市、自治区和特别行政区。其中，广州和四川在2011年填补了无风电的空白。累计风电装机超过200万千瓦的省级地区有 10个，其中内蒙古风电装机容量以1853.63万千瓦位居第一，河北与甘肃分别位居第二和第三。累计风电装机容量前10位省级地区的合计装机容量达到5671.45 万千瓦，占全国累计风电装机容量的86.19%如图1-3。
. 密级：公司秘密 东方汽轮机有限公司 DONGFANG TURBINE Co., Ltd. 2.0MW108C型风力发电机组主控制系统 说明书 编号KF20-001000DSM 版本号 A 2014年7 月
. 编制 <**设计签字**> <**设计签字日期**> 校对 <**校对签字**> <**校对签字日期**> 审核 <**审核签字**> <**审核签字日期**> 会签 <**标准化签字**> <**标准化签字日期**> <**会二签字**> <**会二签字日期**> <**会三签字**> <**会三签字日期**> <**会四签字**> <**会四签字日期**> <**会五签字**> <**会五签字日期**> <**会六签字**> <**会六签字日期**> <**会七签字**> <**会七签字日期**> <**会八签字**> <**会八签字日期**> <**会九签字**> <**会九签字日期**> 审定 <**审批签字**> <**审批签字日期**> 批准 <**批准签字**> <**批准签字日期**> 编号
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目录 序号章 节名称页数备注 1 0-1 概述 1 2 0-2 系统简介 1 3 0-3 系统硬件11 4 0-4 系统功能 5 5 0-5 主控制系统软件说明12 6 0-6 故障及其处理说明64
0-1概述 风能是一种清洁环保的可再生能源，取之不尽，用之不竭。随着地球生态保护和人类生存发展的需要，风能的开发利用越来越受到重视。 风力发电机就是利用风能产生电能，水平轴3叶片风力发电机是目前最成熟的机型，它主要是由叶片、轮毂、齿轮箱、发电机、机舱、变频器、偏航装置、刹车装置、控制系统、塔架等组成。 风力发电机的控制技术和伺服传动技术是其核心和关键技术，这与一般工业控制方式不同。风力发电机组控制系统是一个综合性的控制系统，主要由机舱主控系统、变桨系统、变频控制系统三部分组成，通过现场总线以及以太网连接在一起，各个模块都有独立的控制单元，可独立完成与自身相关的功能（图0-1-1）。目的是保证机组的安全可靠运行、获取最大风能和向电网提供优质的电能。
风力发电机组控制系统 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。 1、塔座控制站 2、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。 3、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。 4、2、机舱控制站 5、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。