风力发电机组偏航控制系统
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第28卷第11期 兵工自动化 Vol. 28, No. 11
2009年11月 Ordnance Industry Automation Nov. 2009
·54· doi: 10.3969/j.issn.1006-1576.2009.11.017
风力发电机组偏航控制系统
张嘉英，王文兰，蔡永刚
（内蒙古工业大学 电力学院，内蒙古 呼和浩特 010080）
摘要：在分析风力发电机组偏航控制系统工作原理的基础上设计了偏航控制器,利用单片机的软硬件系统来驱
动偏航电机。最终提高了风能的利用效率和捕获风能的能力，增大发电效率，使其保持到最优的工作状态,进一步实
现了风力发电机组的智能控制。
关键词：风力发电机；偏航控制；智能控制
中图分类号：TP273 文献标识码：A
Wind Turbine Yaw-Control System
ZHANG Jia-ying, WANG Wen-lan, CAI Yong-gang
(College of Electric Power, Inner Mongolia University of Technology, Hohhot 010080, China)
Abstract: The yaw controller is designed based on operational principle of wind turbine yaw-control system. It can drive
the yaw motor using the software and hardware system of the single chip. Finally improve the efficiency of using and
tracing wind energy of wind energy source, increase the generating efficiency, and increase the generation efficiency and
maintain the optimization working state. Accordingly, it can further realized intelligent control of wind generating set.
Keywords: Windmill generator; Yaw control; Intelligent control
0 引言
作为一种无污染的可再生能源，风能开发有着
巨大的经济、社会、环保价值和发展前景。随着社
会对能源的急剧需求，我国风力发电的单机容量已
发展到兆瓦级机组，控制方式从基本的定桨距失速
型控制转向变桨距控制，但与国际水平还有一定差
距。风力发电机设置偏航调向系统，可以使风轮最
大程度地保持迎风状态，从而高效地利用风能，进
一步降低发电成本，有效地保护风力发电机，是风
力发电机组电控系统必不可少的重要组成部分，故
对其进行研究。
1 偏航控制系统原理 放大器 偏航机构 风力机 +
风向信号 偏航控制器
偏航计数
检测元件 -
风轮轴方向
图1 硬件系统设计
偏航系统的原理框图如图1，工作原理为：通
过风传感器将风向的变化传递到偏航电机控制回路
的处理器里，判断后决定偏航方向和偏航角度，最
终达到对风目的。为减少偏航时的陀螺力矩，电机转速将通过同轴联接的减速器减速后，将偏航力矩
作用在回转体大齿轮上，带动风轮偏航对风。当对
风结束后，风传感器失去电信号，电机停止工作，
偏航过程结束。
2 偏航控制系统设计
偏航系统可分为被动偏航和主动偏航2种类
型，大型风力发电机组中采用主动偏航控制，即由
调向电机将风轮调至迎风位置。主动偏航需要测量
风向，根据风向和风轮平面法线方向确定调向方向，
虽结构复杂，但迎风过程可控。
2.1 硬件系统设计
系统主电路采用1片AT89C52单片机和3片
8255A可编程并行I/O接口芯片组成，同时配以适
当的接口作为输入输出通道，见图2。采用MCS-51
单片机AT89C52。采用2片8255A分别用于信号输
入和风向传感器输入，第3片8255A作为信号的输
出口。接口分配需要根据偏航控制器的特点以及方
便连线。考虑到风力发电机组的工作条件恶劣，气
候环境复杂，并根据偏航系统的控制精度要求与特
点，选用光电型风传感器。测风装置包括风速和风
向传感器，以及横杆、电源、电缆元件。可测量0～
收稿日期：2009-06-03；修回日期：2009-08-25
作者简介：张嘉英（1976-），女，内蒙古人，硕士，讲师，从事风力发电变浆距控制研究。
张嘉英，等：风力发电机组偏航控制系统
·55· 360°范围，符合EMC标准，内置电子捕获8位格
雷码和转换装置，携带变送器带加热，能够适合恶
劣环境的风速风向测量。 中心控制器输入
AT89C52 复位电路
总线 时钟电路
电源电路 硬件看门
狗电路 8255(1) 光耦驱动 信号输出 中间继电器控制
电磁阀控制
8255(2) 光耦驱动 信号输入 风传感器
传感器监测 8255(3) 光耦驱动 信号输入 中心控制器输出
图2 单片机系统总体结构图
2.2 软件设计流程
偏航系统的控制过程可以分为：风传感器控制
的自动偏航、90°侧风、人工偏航、自动解缆和偏
航制动。自动偏航控制过程中，通过风传感给出的
风向输出信号，由单片机判定机舱与风向的偏离角
度，根据偏离的程度和风向传感器的灵敏度，给出
偏航控制命令。当风力发电机组的转速大于超速上
限时，作偏转90°侧风控制，同时投入气动刹车，
脱网，转速降下来后，抱机械闸停机。人工偏航是
当自动偏航失败或风力机需要维修时，通过人工指
令来进行的偏航措施。不同的风力发电机需要解缆
时的缠绕圈数都有规定。解缆动作包括计算机控制
的凸轮自动解缆和纽缆开关控制的安全链动作计算
机报警2部分，偏航系统控制过程的主程序如图3。
自动
偏航 人工
偏航 90º侧风 N
执行90º
侧风程序 自动
解缆 N N
执行自动
解缆程序 执行人工
偏航程序 执行自动
偏航程序 N
Y Y Y Y 开始
定时扫描程序
图3 主程序流程图
根据风传感器对角度电信号的分析，确定偏航
方向的控制算法如图4。
角度为0°
或360°
N 开始
延时
读上次角度
和进行偏航 钝角偏航 Y
Y Y
小于90°
记录偏航角度之和锐角偏航 计时器
偏航电机运行
角度为0°
或360°
T＞T(360)
发出安全停机和
传感器故障信号 报自动偏航
完成信号复
位自动偏航
标志位
结束 N N Y
N
图 4 偏航方向控制算法
3 结束语
该系统使迎风调向准确稳定，为工程设计和实
际应用提供了参考依据。同时，对延长调向机构的
寿命和提高发电量及发电效率，有十分重要的意义。
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