风电机组-变桨距、偏航与辅助系统

风电机组-变桨距、偏航与辅助系统知识总结，变桨距就是使叶片绕其安转轴旋转，改变叶片的桨距角，从而改变风力机的气动特性；水平轴风力机风轮轴绕垂直轴的旋转叫偏航使风轮扫略面与风向保持垂直，偏航可分为主动偏航系统（通过执行机构主动迎风）和被动偏航系统（偏航力矩由风力产生）。

风电机组-变桨距、偏航与辅助系统

• 变桨距系统
  • 变桨距就是使叶片绕其安转轴旋转，改变叶片的桨距角，从而改变风力机的气动特性
  • 变桨距风电机组与定桨距风电机组相比，启动与制动性能好，风力利用系数高，在额定功率点上输出的功率平稳
  • 液压变桨距系统
    • 液压变桨距系统以液压伺服阀（或比例阀）作为功率放大环节，以液体压力驱动执行机构
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    • 根据驱动形式可分为
      • 独立变桨距：独立变桨距的执行机构的3个液压缸布置在轮毂内，以曲柄滑块的运动方式分别给3个叶片提供变桨距执行力，一机构故障另两只叶片还可以运转，可靠性高
      • 统一变桨距：以一个液压缸同时驱动3个叶片同步变桨距，液压缸放置在机舱内，活塞杆穿过同步盘连接主轴与轮毂内部的
  • 电动变桨距系统
    • 每款机组控制策略不一样 
    • 电动变桨距系统以伺服电机驱动齿轮系统实现变桨距调节功能，可使3个叶片独立变桨
    • 组成：控制器、伺服驱动器、伺服电动机、减速器、变距轴承、传感器、角度限位开关、蓄电池、变压器等
    • 伺服驱动器用于驱动伺服动机，实现变距的精准控制，传感器可以是电动机编码器和叶片编码器，电动机编码器测量电动机的转速，叶片编码器测量当前的桨距角两者形成沉余控制，蓄电池则是出于系统的安全考虑的备用电源
    • 发电机并入电网后当风速小于额定风速时，桨距角一般控制在0°左右，当风速高于额定风速时，为了不超过额定功率，调节桨距角，使功率维持在额定功率附近，采用的控制策略为△β=KP(P-PN),△β为桨距角变化量，KP：比例系数，P:实测功率 PN：额定功率
    • 为了防止频繁的往复变桨距，一般会设立一个功率偏差值的绝对值比如10kw的绝对值，当小于10kv的绝对值时桨距角就保持不变，反正则开始变桨
• 偏航系统
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  • 水平轴风力机风轮轴绕垂直轴的旋转叫偏航使风轮扫略面与风向保持垂直，偏航可分为主动偏航系统（通过执行机构主动迎风）和被动偏航系统（偏航力矩由风力产生）
  • 机组机舱在反复调整过程中，可能沿着同一方向累计旋转了许多圈造成机舱到塔底的电缆扭缆，因此偏航系统因具备解缆功能
  • 偏航轴承分为滑动型和滚动型，但不管哪种形式都应设置偏航运动阻尼，使机舱平稳转动，也有些机组利用偏航进行机组功率调节
  • 组成：控制器、功率放大器、执行机构、偏航计数器等
  • 偏航计数器（带开关控制的蜗轮蜗杆装置）记录偏航系统旋转圈数的装置；当偏航系统旋转圈数达到规定的初级解缆和终极解缆圈数时（同时还需判断其他条件），控制系统自动发出解缆信号
  • 机组设有风向仪，当风轮主轴的方向与检测到的外界风向发生偏移时，计算机开始计数，当时间达到一定值时，既认为风向已发生改变，计算机发出偏航指令，直至消除误差
  • 风向的瞬时波动频繁，但振幅波动不大，所以通常设定一个允许的角度偏差，如±15°，如果在角度容差内的话认为机组处于对风状态，继续保持当前方向
  • 偏航系统功能实现
    • 自动偏航功能：连续监测3min内等的风向的情况，若风向确定，同时机舱处于不对风状态则，松开偏航制动，启动偏航电机转动，开始偏航对风程序，同时偏航计数器开始工作，使风机处于对风的状态
    • 自动解缆功能：
      • 偏航控制器同归偏航角度、偏航时间、偏航传感器使发生扭缆的电缆自动解开的控制过程
      • 扭缆在2.5-3.5圈（各机组设定值不一）时，若风机处于暂停或者启动状态，则风机开始进行解缆程序，若风机处于运行状态，则中心控制器将不允许解缆。
      • 扭缆在3-4圈时（各机组设定不一）时，偏航系统请求中心系统正常关机，此时中心控制器允许偏航系统强制进行解缆操作。解缆完成后偏航系统则反馈解缆完成信号
    • 手动偏航功能：手动偏航功能包括顶部机舱控制、控制面板控制、远程控制三种
    • 90°侧风控制：风力发电机组在风轮过速或者遭遇切出风速以上的大风时，控制系统为了保护风电机组的安全，控制系统对机舱进行90°侧风偏航控制。
      • 90°侧风因选择最短的路径，且屏蔽自动偏航指令，侧风结束后应当紧抱偏航制动盘，同时风向发生变化时，继续追踪风向的变化，确保风力发电机组的安全，控制过程与自动偏航类似
    • 偏航传感器
      • 解绕传感器：用于限制机组的电缆扭缆次数，它与偏航齿圈相啮合相对运动，属于安全链中的一部分
      • 偏航方向传感器，两个并列排放的接近开关（A、B），可判断偏航的方向先A后B为CW（右偏） 反之CCW（左偏）
• 液压系统
  • 液压系统是以有压液体为介质，容易实现动力传输和运动控制的机械单元；优点：传动平稳、功率密度大、容易实现无极调速、易于更换元器件和过载保护可靠等优点
  • 液压元件可以分为：动力元件（如液压泵：将机械能转化为压力能）、控制元件（各类液压阀：，主要控制系统的压力、流量、方向以及型号转化和放大）、执行元件（如液压缸：将压力能转化为机械能驱动各类装置）和辅助元件（蓄能器、油管、过滤器油箱等）
  • 元件介绍：
    • 液压泵：液压泵是能量转化装置，用于相液压系统输送压力油，推动机构做功，根据输出流量是否调节分为定量泵和变量泵
    • 单向阀：控制液压油只能沿一个方向流动，不能反流动，液控单向阀除外当其控制口通压力油，油液也可以反向流动
    • 几位几通换向阀：利用阀芯相对于阀体的运动，控制液流的方向，接通或断开油路从而改变执行机构的运动方向、启动、停止
    • 减压阀：降低系统中某段压力值可使出口压力基本稳定、并且可调，
    • 压力继电器：利用液体的压力启闭电器触点的液电转化元件
    • 节流阀：通过改变控制口的大小，调节通过阀的液体流量，以改变执行元件的运动速度。
    • 电液伺服阀：根据输入的电信号连续成比例的控制液压流量和压力的液压控制阀，电液比例阀的作用也差不多，但是动态特性不如电液伺服阀，但成本相对较低
    • 液压缸：属于液压系统执行元件，将输入的压力能转化为动能的能量转化机装置，很方便得获得直线往返运动，根据控制方向分单向液压缸和双向液压缸；差动液压缸将单活塞液压缸的两腔连接在一起，同时通入液压油，增加了无杆腔的进油量，提高了其运动速度。
    • 蓄能器：用于储存和释放液体的压力能。可作为辅助能源和应急能源使用，还可以吸收压力脉动和减少液压冲击
    • 过滤器：可以净化油液中的杂质，控制油液的污染
    • 油箱：液压油储存器，瞒住液压系统的正常液压油，控制液压油的温度，逸出油中的空气，沉淀杂质。
    • 冷却器：冷却油液防止油温过高，造成黏度下降泄露增加、密封老化、油液氧化等问题
    • 加热器：加热油液防止油温过低，油液的黏度过大，压力损失加大并引起较大的振动
    • 突开阀：受压力控制当压力达到设定值时突然开启，失去压力也不能自动关闭，有两种突开阀：一种是一次性的一旦动作后自身便破坏不可在使用，另外一种这是复位后可从新使用。
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