风力发电机组控制技术 课件2-3 偏航系统

风力发电机组控制技术主要内容第二章

控制系统的执行机构及传感器制动机构液压系统偏航系统变桨机构变流系统安全保护控制回路传感器第三节偏航系统偏航系统是水平轴式风力发电机组不可缺少的组成之一。它的主要作用有两个：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；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。第三节偏航系统一、偏航系统的结构组成风力机的偏航系统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风速传感器，偏航控制器，解缆传感器。机械驱动机构包括偏航轴承，偏航驱动装置，偏航制动器，偏航计数器，偏航控制机构是风力机特有的伺服系统，机械驱动机构则是偏航系统的执行机构。第三节偏航系统偏航控制系统的结构框图第三节偏航系统二、偏航控制机构1、风向风速传感器风向风速传感器又称为风向风速计，它是用来测量风向和风速用的。而风向传感器有很多种类，但是一般都是采用螺旋式，而风速主要用于变桨距来配合我们的偏航控制。风力机上安装的风向、风速计与气象和气候分析所用的测风设备不同有一些区别。第三节偏航系统一是因为只用于控制偏航系统的工作，并不用于风向、风速的精确计量，因此通常精度较低，二是风向仪安装在机舱顶部随机舱一起转动，因此只能测量出机舱与来风方向的大致角度，以判断从哪个方向偏航对风，并不能检测出风的实际方向。因此风力机上所使用的风向仪和测风装置上的风向仪在结构和原理上有很大区别。第三节偏航系统风向传感器第三节偏航系统2、偏航控制器偏航控制器负责接受和处理信号，根据控制要求，发送控制命令。通常采用单片机等微处理器作为偏航控制器，随着数字处理信号技术的发展，采用嵌入式微处理器或者DSP等作为控制器成为研究应用的趋势。第三节偏航系统3、解缆传感器由于风力机总是选择最短距离最短时间内偏航对风，有时由于风向的变化规律，风力机有可能长时间往一个方向偏航对风，这样就会造成电缆的缠绕，如果缠绕圈过多，超过了规定的值，将造成电缆的损坏。为了防止这种现象的发生，通常安装有解缆传感器。第三节偏航系统解缆传感器安装在机舱底部，通过一个尼龙齿轮与偏航大齿圈啮合，这样在偏航过程中，尼龙齿轮也一起转动。通过蜗轮、蜗杆和齿轮传动多级减速，驱动一组凸轮，每个凸轮推动一个微动开关工作，发出不同的信号指令。微处理器通过各个微动开关的信号来判断是否需要解缆，向哪个方向解缆以及何时停止解缆等。第三节偏航系统三、偏航机械驱动机构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动机驱动或液压马达驱动，制动器可以是常闭式或常开式。第三节偏航系统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。第三节偏航系统1、偏航轴承常用的偏航轴承有滑动轴承和回转支承两种类型。滑动轴承常用工程塑料做轴瓦，这种材料即使在缺少润滑的情况下也能正常工作。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。第三节偏航系统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。第三节偏航系统a）外齿驱动形式的偏航 b）内齿驱动形式的偏航系统偏航齿圈的结构简图第三节偏航系统2、偏航驱动装置驱动装置一般由驱动电动机或驱动马达、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。第三节偏航系统驱动装置也包括偏航电机和偏航减速齿轮机构，偏航驱动装置通常采用开式齿轮传动。大齿轮固定在塔架顶部静止不动，多采用内齿轮结构，小齿轮由安装在机舱上的驱动器驱动。第三节偏航系统3、偏航制动器为了保证风力机停止偏航时不会因叶片受风载荷而被动偏离风向的情况，风力机上多装有偏航制动器。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。偏航制动器一般采用液压。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。第三节偏航系统偏航制动器结构图第三节偏航系统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。第三节偏航系统四、偏航控制系统的功能偏航系统是风力发电机组特有的伺服系统，是风力发电机组电控系统必不可少的重要组成部分。它的功能有两个：一是要控制风轮跟踪变化稳定的风向；二是当风力发电机组由于偏航作用，机舱内引出的电缆发生缠绕时，自动解除缠绕。第三节偏航系统风力机偏航的原理是通过风传感器检测风向、风速，并将检测到的风向信号送到微处理器，微处理器计算出风向信号与机舱位置的夹角，从而确定是否需要调整机舱方向以及朝哪个方向调整能尽快对准风向。当需要调整方向时，微处理器发出一定的信号给偏航驱动机构，以调整机舱的