风力发电机偏航系统的组成分析

　　偏航系统的作用

　　偏航系统是风力发电机组特有的伺服系统。它主要有两个功能一是使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，自动解缆。

　　偏航控制系统

　　偏航系统是一个随动系统，风向仪将采集的信号传送给机舱柜的PLC的I/O板，计算10分钟平均风向，与偏航角度绝对值编码器比较，输出指令驱动四台偏航电机（带失电制动），将机头朝正对风的方向调整，并记录当前调整的角度，调整完毕电机停转并启动偏航制动。偏航控制系统框图如下图所示

　　下文将对偏航控制系统的各机构进行分析

　　1、风速仪

　　风力发电机组应有两个可加热式风速计。在正常运行或风速大于最小极限风速时，风速计程序连续检查和监视所有风速计的同步运行。计算机每秒采集一次来自于风速仪的风速数据；每10min计算一次平均值，用于判别起动风速和停机风速。测量数据的差值应在差值极限1.5m/s以内。如果所有风速计发送的都是合理信号，控制系统将取一个平均值。

　　2、风向标

　　风向标安装在机舱顶部两侧，主要测量风向与机舱中心线的偏差角。一般采用两个风向标，以便互相校验，排除可能产生的误信号。控制器根据风向信号，起动偏航系统。当两个风向标不一致时，偏航会自动中断。当风速低于3m/s时，偏航系统不会起动。

　　3、扭揽开关

　　扭缆开关是通过齿轮咬合机械装置将信号传递PLC进行处理和发出指令进行工作的。除了在控制软件上编入调向记数程序外，一般在电缆处安装行程开关，当其触点与电缆束连接，当电缆束随机舱转动到一定程度即启动开关。以国内某知名公司生产的1.5MW风机为例，当机身在同一方向己旋转2转(720度)，且风力机不处在工作区域(即10分钟平均风速低于切入风速) 系统进入解缆程序。解缆过程中，当风力机回到工作区域(即10分钟平均风速高于切入风速)，系统停止解缆程序，进入发电程序，但当机身在同一方向己旋转2.5转(900度)偏航限位动作扭缆保护，系统强行进入解缆程序，此时系统停止全部工作，直至解缆完成。当风速超过25 m/s时，自动解缆停止。 自动解除电缆缠绕可以通过人工调向来检验是否正常。当调向停止触点由常闭进入常开状态时，风机自动解除电缆缠绕，此时风力发电机应不处于维修状态，因此自动调向功能在维修状态时无法使用。

　　4、偏航编码器

　　偏航编码器是一个绝对值编码器，可以准确记录偏航位置。因为绝对编码器由机械位置决定的每个位置的唯一性，它无需记忆，无需找参考点，而且不用一直计数，什么时候需要知道位置，什么时候就去读取它的位置。这样，编码器的抗干扰特性、数据的可靠性大大提高了。

　　5、软启动器

　　软启动器采用三相反并联晶闸管作为调压器，将其接入电源和电动机定子之间。这种电路如三相全控桥式整流电路，使用软启动器启动电动机时，晶闸管的输出电压逐渐增加，电动机逐渐加速，直到晶闸管全导通，电动机工作在额定电压的机械特性上，实现平滑启动，降低启动电流，避免启动过流跳闸。待电机达到额定转数时，启动过程结束，软启动器自动用旁路接触器取代已完成任务的晶闸管，为电动机正常运转提供额定电压，以降低晶闸管的热损耗，延长软启动器的使用寿命，提高其工作效率，又使电网避免了谐波污染。软启动器同时还提供软停车功能，软停车与软启动过程相反，电压逐渐降低，转数逐渐下降到零，避免自由停车引起的转矩冲击。

　　图1 软启动器控制电机的主电路图

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