风力发电偏航控制系统方案.doc

风力发电控制系统的研究0 引言.2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。以下图2-1就是偏航控制系统的结构框图。 图2-1 偏航控制系统的结构框图 2.3偏航控制机构 2.3.1风向传感器 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。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。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，如图所示。 a）外齿驱动形式的偏航 b）内齿驱动形式的偏航系统 图2-3 偏航齿圈的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。 （-1） (4-2) 其中： θW－风向角度； θT－风力机叶轮角度。 风向标作为感应元件将风向变化信号转换为电信号传递到偏航电机控制回路的处理器中，处理器经过比较后给偏航电机发出顺时针或逆时针的偏航指令。在偏航过程中，风力机总是按最短路径将机舱转过相应角度，才能够提高发电效率，这样就需要解决电机的起动和转向问题。为了确定电机的转向使风力机转过最小路径，即偏航时间最短，需要弄清偏航角θe与风向角度和风力机叶轮角度（也就是机舱角度）之间的相对关系。就水平轴风力机而言，风向和风力机叶轮迎风面法线方向的夹角有以下两种情况（以下角度都是相对的）： 当风向与风力机叶轮迎风面法线方向角度差小于180o时，偏航角为： (4-3) 通常，风向角度θW是相对于叶轮迎风面法线方向角度，故取θT＝0，偏航角度为： (4-4) 如图4-1所示（叶轮迎风面以粗实线表示，虚线表示风力机处于迎风位置），电机正转，风力机机舱顺时针调向。 图4-1 θw180°时θe=θw 机舱顺时针调向 当风向与风力机叶轮迎风面法线方向角度差大于180°时，偏航角为： (4-5) 如图4-2所示（叶轮迎风面以粗实线表示，虚线表示风力机处于迎风位置），电机反转，风力机机舱逆时针调向。 图4-2θw180°时θe=360向°-θw机舱逆时针调向 5 结束语 风能作为一种可再生“绿色能源”越来越受到世界各国的重视。而风力发电系统是典型的机电一体化技术系统，同时它还涉及到到空气动力学、力学、材料科学等相关学科和领域，开展风力发电技术的研究，具有深远的意义。 目前国内的研究人员针对风力发电的研究主要局限在电气方面的研究，而对于风力发电机的主体——机械部分少有涉及。本文主要是对风力发电机的机械部分中的偏航控制系统进行了一定的研究。 风力发电机工作环境比较恶劣。因此在维护上不是很方便，且费用较高。由于风速的不稳定性就使得风力发电机并不能总是工作在平稳状态。为了最大效率的发挥风力发电机的性能，必须使风力发电机时时对准风向。这就要求风力发电机的偏航系统根据风向与风机位置的不同而调向。 现今世界上的风力发电机正向大型化、智能化的方向发展。提高风力发电的效率与改善风电的品质是风力发电研究的主要目的之一，但还存在着很大困难。其困难在于风力发电系统涉及空气动力学，而风具有很强的流动性和可压缩性，风速与风向是随机变化的。由于不确定的因素比较多，目前风力发电系统的建模主要是采用了空气动力的静态模型。建立动态模型相对比较困难，这与实际风力发电机的运行情况并不太相符。应用当代非线性控制技术的发展成果，加强对风力发电机组的研制和对风能转换系统的鲁棒性控制研究，必将对风力发电的研究起到实际的推动作用。 word完美格式 精心整理 学习帮手