風(fēng)力發(fā)電機偏航系統(tǒng)的組成分析

　　偏航系統(tǒng)的作用

　　偏航系統(tǒng)是風(fēng)力發(fā)電機組特有的伺服系統(tǒng)。它主要有兩個功能一是使風(fēng)輪跟蹤變化穩(wěn)定的風(fēng)向;二是當(dāng)風(fēng)力發(fā)電機組由于偏航作用，機艙內(nèi)引出的電纜發(fā)生纏繞時，自動解纜。

　　偏航控制系統(tǒng)

　　偏航系統(tǒng)是一個隨動系統(tǒng)，風(fēng)向儀將采集的信號傳送給機艙柜的PLC的I/O板，計算10分鐘平均風(fēng)向，與偏航角度絕對值編碼器比較，輸出指令驅(qū)動四臺偏航電機（帶失電制動），將機頭朝正對風(fēng)的方向調(diào)整，并記錄當(dāng)前調(diào)整的角度，調(diào)整完畢電機停轉(zhuǎn)并啟動偏航制動。偏航控制系統(tǒng)框圖如下圖所示

　　下文將對偏航控制系統(tǒng)的各機構(gòu)進行分析

　　1、風(fēng)速儀

　　風(fēng)力發(fā)電機組應(yīng)有兩個可加熱式風(fēng)速計。在正常運行或風(fēng)速大于最小極限風(fēng)速時，風(fēng)速計程序連續(xù)檢查和監(jiān)視所有風(fēng)速計的同步運行。計算機每秒采集一次來自于風(fēng)速儀的風(fēng)速數(shù)據(jù)；每10min計算一次平均值，用于判別起動風(fēng)速和停機風(fēng)速。測量數(shù)據(jù)的差值應(yīng)在差值極限1.5m/s以內(nèi)。如果所有風(fēng)速計發(fā)送的都是合理信號，控制系統(tǒng)將取一個平均值。

　　2、風(fēng)向標(biāo)

　　風(fēng)向標(biāo)安裝在機艙頂部兩側(cè)，主要測量風(fēng)向與機艙中心線的偏差角。一般采用兩個風(fēng)向標(biāo)，以便互相校驗，排除可能產(chǎn)生的誤信號?？刂破鞲鶕?jù)風(fēng)向信號，起動偏航系統(tǒng)。當(dāng)兩個風(fēng)向標(biāo)不一致時，偏航會自動中斷。當(dāng)風(fēng)速低于3m/s時，偏航系統(tǒng)不會起動。

　　3、扭攬開關(guān)

　　扭纜開關(guān)是通過齒輪咬合機械裝置將信號傳遞PLC進行處理和發(fā)出指令進行工作的。除了在控制軟件上編入調(diào)向記數(shù)程序外，一般在電纜處安裝行程開關(guān)，當(dāng)其觸點與電纜束連接，當(dāng)電纜束隨機艙轉(zhuǎn)動到一定程度即啟動開關(guān)。以國內(nèi)某知名公司生產(chǎn)的1.5MW風(fēng)機為例，當(dāng)機身在同一方向己旋轉(zhuǎn)2轉(zhuǎn)(720度)，且風(fēng)力機不處在工作區(qū)域(即10分鐘平均風(fēng)速低于切入風(fēng)速) 系統(tǒng)進入解纜程序。解纜過程中，當(dāng)風(fēng)力機回到工作區(qū)域(即10分鐘平均風(fēng)速高于切入風(fēng)速)，系統(tǒng)停止解纜程序，進入發(fā)電程序，但當(dāng)機身在同一方向己旋轉(zhuǎn)2.5轉(zhuǎn)(900度)偏航限位動作扭纜保護，系統(tǒng)強行進入解纜程序，此時系統(tǒng)停止全部工作，直至解纜完成。當(dāng)風(fēng)速超過25 m/s時，自動解纜停止。 自動解除電纜纏繞可以通過人工調(diào)向來檢驗是否正常。當(dāng)調(diào)向停止觸點由常閉進入常開狀態(tài)時，風(fēng)機自動解除電纜纏繞，此時風(fēng)力發(fā)電機應(yīng)不處于維修狀態(tài)，因此自動調(diào)向功能在維修狀態(tài)時無法使用。

　　4、偏航編碼器

　　偏航編碼器是一個絕對值編碼器，可以準確記錄偏航位置。因為絕對編碼器由機械位置決定的每個位置的唯一性，它無需記憶，無需找參考點，而且不用一直計數(shù)，什么時候需要知道位置，什么時候就去讀取它的位置。這樣，編碼器的抗干擾特性、數(shù)據(jù)的可靠性大大提高了。

　　5、軟啟動器

　　軟啟動器采用三相反并聯(lián)晶閘管作為調(diào)壓器，將其接入電源和電動機定子之間。這種電路如三相全控橋式整流電路，使用軟啟動器啟動電動機時，晶閘管的輸出電壓逐漸增加，電動機逐漸加速，直到晶閘管全導(dǎo)通，電動機工作在額定電壓的機械特性上，實現(xiàn)平滑啟動，降低啟動電流，避免啟動過流跳閘。待電機達到額定轉(zhuǎn)數(shù)時，啟動過程結(jié)束，軟啟動器自動用旁路接觸器取代已完成任務(wù)的晶閘管，為電動機正常運轉(zhuǎn)提供額定電壓，以降低晶閘管的熱損耗，延長軟啟動器的使用壽命，提高其工作效率，又使電網(wǎng)避免了諧波污染。軟啟動器同時還提供軟停車功能，軟停車與軟啟動過程相反，電壓逐漸降低，轉(zhuǎn)數(shù)逐漸下降到零，避免自由停車引起的轉(zhuǎn)矩沖擊。

　　圖1 軟啟動器控制電機的主電路圖