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风力发电机偏航系统的组成分析

导读: 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:

偏航系统框图

  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。

软启动控制电机的主电路图

 

  图1 软启动器控制电机的主电路图

 

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