风力发电机滑动偏航系统载荷特性分析

风力发电机滑动偏航系统载荷特性分析

丛智慧;安利强;翟永杰;张家旗

【摘要】偏航控制过程中，滑动式偏航系统载荷特性是影响风力发电偏航系统安全可靠性的关键因素，现以2 MW风力发电机为研究对象，采用 IEC标准中 Von Kamman谱模拟湍流风，考虑重力载荷、气动载荷及惯性载荷的影响，建立风力发电机组模型，基于 Bladed 软件仿真风力发电机偏航时机组的动态特性，研究偏航时风况、偏航速度及偏航角度对滑动式偏航系统荷载的影响规律，为风力发电机的运行维护及改进设计提供依据。研究结果表明，偏航过程中同时变桨，变桨速率对偏航轴承的荷载有重要影响。湍流强度影响偏航轴承的疲劳和极端载荷的波动情况，偏航速度越大，偏航轴承处极限荷载越大。%In process of yaw control,load characteristic of gliding yaw system is a key factor affecting security and reliability of yaw system of wind power generation. Taking 2 MW wind power generator as a research object,using Von Kamman spectrum in IEC standard to simulate turbulence wind and considering affects of gravitational load,aerodynamic load and in-ertial load,a wind turbine generator model was established. Based on dynamic characteristic of the generator when using Bladed software simulating yaw of the wind power generator,affecting principles of wind regime,yaw velocity and yaw an-gle on load of gliding yaw system were studied which might provide references for running maintenance and improvement de-sign on the wind power generator. Research results indicates that variable pitch rate in process of yaw have an important af-fect on load of yaw bearing and turbulence intensity may affect fatigue of yaw bearing and fluctuation of

extreme load. In addition,extreme load of yaw bearing might be bigger when the yaw velocity is faster.

【期刊名称】《广东电力》

【年(卷),期】2015(000)002

【总页数】5页(P25-29)

【关键词】风力发电机;滑动式偏航系统;偏航轴承;载荷特性

【作者】丛智慧;安利强;翟永杰;张家旗

【作者单位】大唐赤峰新能源有限公司，内蒙古赤峰 024000;华北电力大学，河北保定 071003;华北电力大学，河北保定 071003;华北电力大学，河北保定071003

【正文语种】中文

【中图分类】TK83

偏航系统是风力发电机（以下简称“风机”）完成对风控制的核心部件，同时也是水平轴风机的重要承载部件。滑动式偏航系统由于承载力大，而且省去了滚动轴承式偏航系统的刹车和液压装置，并在大型风机开始采用，如Vestas 2 MW机组就采用了滑动式偏航系统。但是滑动轴承由于采用工程塑料产生自润滑效应，因此容易造成偏航齿圈与滑动块磨损，甚至由于滑动阻尼过大，造成偏航电机故障或者偏航减速机齿轮发生断齿现象。

近几年，国内外学者对风机偏航做了一定的研究，包括偏航气动性计算、偏航算法研究、偏航硬件设计、偏航系统结构动力学分析等。董江东［1］采用有限元数值仿真方法对多工况下偏航驱动减速机中的传动部分进行齿面接触静力学分析及齿面

接触动力学分析，结果表明摩擦系数增大后，在长时间反复作用下，会造成齿轮工作时振动增加、磨损加剧等现象，最后导致齿轮疲劳失效。余意［2］和周飞［3］采用有限元模型，分别对滑动轴承偏航齿圈的外齿和滚动轴承的外圈齿轮和滚动体进行静动特性分析。文献［4-5］采用数值方法对偏航驱动减速机的行星齿轮进行了动力学分析、疲劳分析以及箱体的模态分析，然后模拟了运转过程中齿轮接触力的变化。牛蔺楷［6］采用三种偏航轴承外载荷状况对其接触载荷分布进行计算，采用ABAQUS建立模型，结合线弹性接触力学对结果从应力和塑性应变两个方面进行讨论。王秀文［7］等用SIMPACK软件建立了偏航系统及整机动力学模型，仿真IEC规定中的阵风和湍流风两种工况，将两种工况的风向与偏航角度进行对比，研究偏航时桨距角变化，在时域上对比了两种工况下偏航运动对风机载荷的影响，在频域上分析偏航工况下的坎贝尔图以及对应的能量分布图，判定偏航过程中的潜在共振点是否为危险共振点。贾平［8］采用力学模型与经验公式两种方法计算偏航、变桨滚动轴承的最大接触载荷，并进行对比分析，验证偏航、变桨轴承力学模型求解载荷分布方法的正确性。

本文研究的2 MW风机为三叶片，上风向风机，风轮直径80 m，风机额定风

速12 m/s，额定转速18 r/min，功率控制方式采用变速变桨距。

1.1 叶片及塔筒模型

2 MW风机采用LM38.75叶片，建模时将叶片沿展向从叶根到叶尖划分为10

个叶素。塔筒高度60 m，底部直径4.02 m，厚度0.018 m，顶部直径2.31 m，厚度0.011 m。

1.2 控制系统模型

2 MW风机采用变速变桨功率控制方式，由发电机转矩控制器与统一变桨距控制器组成。风机在额定功率恒定区运行时，发电机转矩控制方式实现发电机转速升高、转矩降低的控制。统一变桨距控制方式，目的是调节发电机转速，采用桨距角比例

-积分-微分（prepertion-integration-differentiation，PID）控制器实现发电机转速控制，PID控制器如式（1），即

式中：Δθ为桨距角与最优桨距角的差值；KP为比例增益，KI为积分增益，KD为微分增益；N为传动比；ΔΩ为风轮当前转速与额定转速的差值。

1.3 偏航系统模型

2 MW风机的偏航系统为滑动式偏航系统，由偏航控制系统、偏航机构、扭缆保护装置三部分组成，其中偏航机构由偏航电机、偏航减速箱、偏航齿圈、偏航爪组成。偏航机构中偏航大齿圈固定在塔筒上，偏航减速箱固定安装在机舱底座上。滑动式偏航机构如图1所示。

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发电机控制回路的处理器中，处理器经过比较后给偏航发电机发出顺时针或逆时针的偏航指令。为了减少偏航时的陀螺力矩，发电机转速将通过同轴连接的减速箱减速后，将偏航力矩作用在回转体大齿轮上，带动风轮偏航对风，当对风结束后，风向标失去电信号，偏航发电机停止转动，偏航过程结束。偏航流程如图2所示。

偏航过程中，偏航机构一般保持恒定的偏航速度，机舱与偏航爪通过螺栓连接，偏航爪与偏航齿圈形成滑动摩擦。

式中：a=1.33；L为湍流尺度；Ω为空间频率；σ为湍流强度。

由此可推得大气湍流Von Kamman模型的纵向和横向相关函数：

风机载荷工况中一般要考虑稳定风速及湍流风。在湍流情况下，偏航机构荷载更为复杂，本文考虑了风的湍流特性。IEC标准［9］中规定了两种湍流风速谱模型：Kaimal模型与Von Kamman模型，本文选用Von Kamman谱作为湍流风模型，其能量频谱函数［10］

式中：为Gamma函数；K为Bessel函数。

风机的年最大平均风速为22 m/s，切出风速为25 m/s。根据风力发电偏航控

制系统的设置，22 m/s风速对应的最大偏航角度为35°。本文结合不同风况条

件及不同的偏航速度、偏航角度研究偏航轴承载荷特点，共计算4种工况，参数

见表1。

正常湍流模型湍流标准差

式中：Iref为风速为15 m/s时湍流强度平方的预期值；νav为轮毂处的平均风速；νb=5.6m/s。

这样，湍流强度

风速模型选用普通阵风模型和Von Kamman湍流风速模型，轮毂高度61.5 m，仿真时间为160 s，两种风速在轮毂高度处的时域图如图3所示。

4.1 阵风下偏航的特性

本文采用Bladed软件，仿真风机正常发电时的偏航过程。初始风向0°，与风轮

平面垂直，15 s时风向开始发生变化，经过10 s的时间，风向从0°变化为35°，此时，风机启动偏航，机舱以0.4 rad/s的偏航速度进行对风运动，经87.5 s后完成对风，风力机停止偏航。仿真过程中，风向、偏航角及桨距角的变化如图4所示。

在风机偏航过程中，风轮上的荷载及机舱重力荷载传递至偏航机构，通过偏航齿圈传递至塔筒。将偏航机构上承受的荷载简化至大齿圈中心坐标系，如图5所示。

图6为仿真过程中偏航轴承所受载荷的时域结构，其中Mx、My为绕x和y轴的倾覆力矩，此力矩会改变偏航机构偏航爪与偏航齿圈的正压力，从而改变偏航爪上下表面的摩擦力，Mz为偏航力矩。Fx、Fy为沿x和y轴方向的力，此力会改变

偏航爪与大齿圈侧面的摩擦力。Fz为沿偏航坐标系z方向的力，增加了偏航爪与

偏航齿圈上表面的摩擦力。

由图4可以看出，在15 s时风向开始变化，为了保持最大发电功率，桨距角随

之减小，结合图6，偏航轴承x方向的力和力矩均有轻微的上升，但不是很明显，

y方向与z方向力的变化也没有较大波动，说明偏航过程对偏航轴承力分量的影响较小。y方向与z方向的力矩变化比较明显，y方向力矩在25 s达到最大值，z

方向上的力矩减小继而反向增大，在25 s达到顶点。由于风向变化速率比桨距

角变化速率要大，功率在风向变化过程中产生了短时间内的下降，功率图如图7

所示。

从图7可知道，25 s时风机开始偏航后，风向与机舱夹角逐渐缩小，桨距角增大，功率逐渐恢复平稳，y方向上的力矩的波动幅度及大小逐渐减小，在112.5 s时

偏航动作结束，偏航载荷均恢复到偏航开始之前的稳定状态。由此可以看出，由于在偏航过程中同时进行变桨，变桨速率是影响偏航轴承载荷的一个重要因素。

4.2 偏航速度及角度对偏航轴承载荷的影响

图8为工况1与工况3的偏航轴承载荷，由于偏航速度不同，各方向的力矩在达

到平稳状态的时间不同，偏航速度越快，达到平稳状态所需的时间越短，主要对y 方向与z方向的力矩影响较大，对x方向力矩及各方向上的力影响较小。但由于偏航速度越快，风轮产生的陀螺力矩越大，在设计风力机偏航控制时，需要选择合适的偏航速度。

对比工况1及工况3，在正常发电时，不同偏航角度对偏航轴承载荷变化规律与不同偏航速度对偏航轴承载荷变化规律基本一致，影响了偏航轴承载荷达到稳定时的时间。

4.3 湍流强度对偏航轴承载荷的影响

图9为工况1与工况2偏航轴承载荷的最大值、最小值及标准差的统计图，其中

下角标1、2表示工况1、工况2的载荷。

由图9可以看出，湍流强度对x方向的力矩及三个方向的力基本无影响。在湍流

风况下，My和Mz标准差较大，说明它们的随机波动很大，表明湍流对偏航轴承疲劳寿命存在很大影响，同时也会改变偏航轴承荷载的峰值，影响偏航机构的极限

载荷。

本文通过研究风机滑动偏航系统载荷特性，得出以下结论：

a）变桨速率是影响偏航轴承载荷的重要原因之一，通过控制变桨速率可以降低偏航轴承上的载荷。由于变桨速率对不同工况下叶片载荷也有很大影响，因此选择合适的变桨速率，是设计风机的一项重要内容。

b）在偏航过程中，三个方向的力及x方向的力矩几乎不受偏航速度、偏航角度及湍流强度的影响，y、z方向的力矩幅值在湍流条件下会产生较大的波动，应合理

设计风力机控制系统，减少载荷波动幅度。

下一步将研究改进偏航系统的控制策略，编写偏航控制程序，降低偏航载荷波动幅度。

【相关文献】

［1］董江东 .多工况风电偏航减速机轮齿接触机理研究［D］.湖南大学，2011.

［2］余意 .风机滑动式偏航轴承的性能分析与研究［D］.北京：华北电力大学，2011.

［3］周飞 .水平轴风机偏航轴承的性能分析与研究［D］.北京：华北电力大学，2009.

［4］李光明.风电偏航驱动减速机抗疲劳机理研究［D］.长沙：湖南大学，2011.

［5］鄂加强，李光明，张彬，等.兆瓦级风电偏航减速机行星齿轮疲劳仿真分析［J］.湖南大学学

报（自然科学版），2011（9）：32-38. E Jiaqiang，LI Guangming，ZHANG Bin，et

al.Fatigue Simulation and Analysis on Planetary Gear of Megawatt Wind Power Yaw Reducer［J］.Journal of Hunan University（Natural Sciences），2011（9）32-38.

［6］牛蔺楷.兆瓦级风机偏航轴承疲劳损伤分析［D］.太原：太原理工大学，2011.

［7］王秀文.MW级风电机组偏航系统结构动力学仿真分析研究［D］.重庆大学，2013.

［8］贾平 .偏航变桨轴承力学特性分析及结构优化设计［D］.大连：大连理工大学，2012.

［9］IEC61400-3：2005，Wind Turbines Part 3：Design Requirements for Offshore Wind Turbines［S］.

［10］高静，洪冠新，梁灶清.Von Karman模型三维大气紊流仿真理论与方法［J］.北京航空航天大学学报，2012（6）：736-740. GAO Jing，HONG Guanxin，LIANG Zaoqing.Theory and Method of Numerical Simulation for 3D Atmospheric Turbulence Field Based on Von Karman Model［J］.Journal of Bei-Jing University of Aeronautics and Astronautics，2012，06：736-740.

丛智慧（1976），男，内蒙古赤峰人。工程师，工学学士，从事风电厂运行及管理工作。

安利强（1974），男，河北定州人。副教授，工学博士，主要研究方向为风能技术与设备、输电线路工程。

翟永杰（1972），男，河南漯河人。副教授，工学博士，主要研究方向为风力发电、故障诊断、模式识别。

大型风电机组仿真实验台偏航与变桨系统设计毕业论文

大型风电机组仿真实验台偏航与变桨 系统设计 Design of Yaw and Pitch System for Large Wind Turbine Simulation Test Platform 学院：机械工程学院 专业班级：机自0904班 学号：090101103 学生姓名：郑永宽 指导教师：段振云（教授） 2013年 6 月

摘要 能源、环境是当今人类生存和发展所要解决的紧迫问题。风力发电作为一种可持续发展的新能源,不仅可以节约常规能源,而且减少环境污染,具有较好的经济效益和社会效益,越来越受到各国的重视。由于风能具有能量密度低、随机性和不稳定性等特点,风力发电机组是复杂多变量非线性不确定系统,因此,控制技术是机组安全高效运行的关键。相比传统的控制策略,将智能控制理论运用于风电系统则能够得到比较满意的效果。本论文主要研究变桨距变速风力发电机组这种新型的风力发电系统以及风机的偏航系统。 首先,变桨系统中采用交流异步伺服电机和变频驱动器设计了变频变桨驱动系统，完成了相关硬件电路的设计和调试工作，寻求更为有效的设计理论和方法来实现桨叶的快速变距。该系统实现了设计目标，具有较高的自动化程度，运行稳定可靠，性能价格比较高，非常适合于现代化生产实际的需要。因此，该产品的推广具有十分广阔的前景。 其次，风力发电机组仿真实验台采用主动偏航系统。由于偏航系统的设计及运行质量直接影响风机的正常运行,因而也引起了风机设计制造领域的高度重视。偏航系统包括偏航检测与控制部分、偏航机构、扭缆保护装置三大部分。偏航机构由偏航动力源,偏航传动装置,偏航执行机构,偏航轴承和制动装置组成。通过对偏航机构传动方案、偏航系统功率,偏航系统传动比的分析给出大功率并网风力发电机偏航机构设计的原则、方法及主要参数选择范围和具体设计计算公式。 关键词：风力发电；变桨距；偏航系统

风力发电机组偏航系统详细介绍

风力发电机组偏航系统详细介绍 一、引言 随着可再生能源的快速发展，风力发电成为了新兴的清洁能源选择之一、风力发电机组的偏航系统是其核心组成部分之一，它能够使风力发电机组在不同风向下旋转，实现最大风能有效利用。本文将详细介绍风力发电机组偏航系统的原理、构成和工作过程。 二、原理 1.风向感知：通过风速传感器和风向传感器，实时感知风的强度和方向。 2.控制系统：根据风向传感器的反馈信息，计算出偏航控制参数，并传递给执行机构。 3.执行机构：根据控制系统的指令，调整风轮的朝向，使其与风向保持一致。 三、构成 1.传感器：风力发电机组偏航系统中的传感器主要包括风速传感器和风向传感器。风速传感器用于感知风的强度，而风向传感器则用于感知风的方向。 2.控制系统：控制系统是风力发电机组偏航系统的核心部分，主要包括控制算法和控制器。控制算法根据风向传感器的反馈信息计算出偏航控制参数，而控制器则将这些参数传递给执行机构。 3.执行机构：执行机构负责调整风力发电机组的朝向，使其与风向保持一致。常见的执行机构包括偏航控制器、偏航电机等。

四、工作过程 1.感知风向：风力发电机组偏航系统通过风向传感器感知风的方向。 2.计算控制参数：根据风向传感器的反馈信息，控制算法计算出偏航 控制参数。 3.传递控制参数：控制器将计算得到的偏航控制参数传递给执行机构。 4.调整朝向：执行机构根据控制参数的指令，调整风力发电机组的朝向，使其与风向保持一致。 5.持续监测：风力发电机组偏航系统持续监测风的方向，根据实时的 风向信息进行调整，实现持续稳定的发电。 五、总结 风力发电机组偏航系统是风力发电的关键技术之一，它能够在不同风 向下实现最大风能有效利用。本文详细介绍了风力发电机组偏航系统的原理、构成和工作过程。通过合理的感知、计算和调整机制，风力发电机组 能够始终面向风向，实现高效稳定的发电效果。随着风力发电技术的不断 发展，风力发电机组偏航系统也将不断完善，为可再生能源的发展做出更 大的贡献。

对风机偏航系统的理解

对风机偏航系统的理解 作者：国电联合动力技术（连云港）有限公司技术部张超产 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

风力发电机组偏航系统探究与优化

风力发电机组偏航系统探究与优化 摘要：可再生能源的异军突起，风力发电被广泛应用，风力发电机组的容量己普遍达到兆瓦级别，因此风力发电机组的稳定性尤为重要，尤其是偏航系统，偏航系统对风的准确性直接影响机组的发电效率。目前风力发电机组关于风向偏航控制主要是基于风向标进行的控制，而风向标的控制误差值较大，还有风向标控制的相关数据都是非线性的。也就是说在小范围以内，风向标的控制精度较低，影响了风电机组对风能的获取。因此探讨怎样提高对风精度，对进一步增加发电量具有重要意义。所以，偏航控制技术的探究和优化，对改善风能捕捉、确保机组安全使用具有一定现实意义。 1本文的研究意义主要体现 （1）有效缓解风力发电机组在使用中出现运行不稳定的情况； （2）小范围风向变化以内，缓解风向标的控制精度较低的情况，提高对风精度，增加发电量。 （3）改善风能捕捉、确保机组安全使用。 2风电机组的三种控制技术 定桨距控制技术：机组桨叶的桨距角受安装位置等限制保持一个定值，许可的风速变化范围以内，控制系统则不会做出具体控制，技术简化明了。

变桨距控制技术：在机组刚启动运行时就可以实现对转速的跟踪 控制，并网以后实现对功率的跟踪控制，大大改善了机组风机的启动 特性以及功率变化情况。 变速恒频技术：跟踪控制机组的转速和功率，而直接以采集到的 风速信号为机组控制的输入量来跟踪变化，当机组在额定风速以下运 行时，可以达到最优功率变化的跟踪控制，这样可以保证风电机组获 得最大的风能资源，提高风能利用率；当机组在额定风速以上运行时，变速控制可以使得控制系统更具有柔性，进而确保系统输出稳定的功率。 3偏航系统概述 1.偏航系统。风力发电机组要在最佳的载荷情况下最大限度的捕获风能，输出较多的电量，必须要保证机组在安全的环境下正常稳定地运 转工作，在风力发电机组控制系统研究时，变桨的动作和发电机的转 速相关，而风向的特性和偏航系统相关，偏航系统的控制是通过风向 标实现的。 利用风向标传感器来监测风的方向，偏航控制器通过采集监测到 的风信号，并分析判断风信号和风轮轴向之间的偏移角度，然后输出 偏航控制信号，从而带动机组将叶轮的轴向和风向位置调整到同一位 置上，进而实现对风目的。

风力发电机组气动特性分析与载荷计算

风力发电机组气动特性分析与载荷计算 目录 1 前言 (2) 2 风轮气动载荷 (2) 2.1 动量理论 (2) 2.1.1 不考虑风轮后尾流旋转 (2) 2.1.2 考虑风轮后尾流旋转 (3) 2.2 叶素理论 (4) 2.3 动量叶素理论 (4) 2.4 叶片梢部损失和根部损失修正 (6) 2.5 塔影效果 (6) 2.6 偏斜气流修正 (6) 2.7 风剪切 (6) 3 风轮气动载荷分析7 3.1 周期性气动负载............................................... 错误！未定义书签。 4.1 载荷情况DLC1.3 (10) 4.2 载荷情况DLC1.5 (10) 4.3 载荷情况DLC1.6 (10) 4.4 载荷情况DLC1.7 (11) 4.5 载荷情况DLC1.8 (11) 4.6 载荷情况DLC6.1 (11)

1前言 风力发电机是靠风轮吸取风能的，将气流动能转为机械能，再转化为电能输送电网，风力机气动力学计算是风力机设计中的一项重要工作。特别是对于大、中型风机，其意义更为重大。风力机处于自然大气环境中，大气紊流、风剪切、风向的变化(侧偏风)和塔影效应等，这些现象使叶片受到非常复杂气动载荷的作用，对风力机的气动性能和结构疲劳寿命产生很大的影响。对一台大型风力发电机组来说，除风轮叶片产生机组的气动载荷外，机舱和支撑风轮和机舱的塔筒也产生气动载荷，这些都对机组的载荷产生影响。 2风轮气动载荷 目前计算风力发电机的气动载荷有动量一叶素理论、CFD等方法。动量一叶素理论是将风轮叶片 沿展向分成许多微段，称这些微段为叶素，在每个叶素上的流动相互之间没有干扰，叶素可以认为是二元翼型，在这些微段上运用动量理论求出作用在每个叶素上的力和力矩，然后沿叶片展向积分， 进而求得作用在整个风轮上的力和力矩，算得旋翼的拉力和功率。动量一叶素理论形式比较简单，计算量小，便于工程应用，估算机组初始设计时整机的气动性能，被广泛用于风力机的设计和性能计算，而且还用来确定风力机的动态载荷，不断地被进一步改进和完善。CFD数值计算不需要对数 学模型作近似处理，直接对流体运动进行数值模拟，从物理意义上说，数值求解N・S方程的CFD方法应该是最全面准确计算风力机气动特性的方法。但是，由于极大的计算工作量，数值计算的稳定性等原因，目前CFD求解N・S方程方法还远不能作为风力机气动设计和研究的日常工具。作为解决工程问题的工具还不太实际。为此在计算中应用动量一叶素理论方法来计算机组的气动载荷。 2.1动量理论 动量理论是经典的风力机空气动力学理论。风轮的作用是将风的动能转换成机械能，但是它究竟能够吸收多大的风的动能就是动量理论回答的问题。下面分不考虑风轮后尾流旋转和考虑风轮后尾流旋转两种情况应用动量理论。 2.1.1不考虑风轮后尾流旋转 首先，假设一种简单的理想情况： (1 )风轮没有偏航角、倾斜角和锥度角，可简化成一个平面桨盘； (2 )风轮叶片旋转时不受到摩擦阻力； (3 )风轮流动模型可简化成一个单元流管； (4) 风轮前未受扰动的气流静压和风轮后的气流静压相等，即p.= p2； (5) 作用在风轮上的推力是均匀的； (6) 不考虑风轮后的尾流旋转。 将一维动量方程用于风轮流管，可得到作用在风轮上的轴向力为 T = mM - V2) 式中m为流过风轮的空气流量 m = PAV T T 于是 T =?AVr U 而作用在风轮上的轴向力又可写成 T 二A p” p_ 由伯努利方程可得 ,，2/2 + pi =W T2/2 + P* (1 ) (2 (3 ) (4 (5 、

风电机组偏航系统规程

风电机组偏航系统规程 1 简介 偏航系统的作用主要有两个：一是根据风向仪的检测，在偏航控制系统的指令下，自动使风轮对准风向，提高风力发电机组的发电效率；二是提供必要的阻尼，防止在交变风力作用下机舱频繁摆动，减小振动，保证风机平稳、安全运行。 2 功能 （1）正常运行和暂停状态时保持机舱的方向不变； （2）必要时解开扭曲电缆。 解缆系统有一个旋转编码器，借助偏航驱动总成的小齿轮与偏航轴承内齿的啮合传动来确定机舱旋转的度数，解缆系统还设有一个解缆开关进行极限保护。 3 偏航系统的组成 偏航系统主要由偏航轴承、制动器支座、偏航刹车盘、偏航制动器、偏航驱动总成、接油盘、偏航编码器、解缆系统组成。 3.1 偏航轴承 偏航轴承承载机组中主要部件的重量，并通过偏航驱动器与其内齿圈啮合传

递推力到塔架，机舱旋转一定角度，使风轮精确迎对风向。 3.2 偏航驱动器 每台风力发电机组共有4个偏航驱动总成，偏航驱动总成由驱动电机、偏航减速箱、偏航小齿轮组成。偏航驱动总成在通过与偏航轴承内齿圈啮合带动整个机舱旋转时，要求起动平稳，转速均匀，无振动现象。 偏航驱动电机参数如下： 类型：带制动器的三相电机，B5 额定功率： 2.85KW 电压： 380V 频率： 50Hz 额定转速： 1460rpm 防护等级： IP54 绝缘等级： ISO F

制动器：失电弹簧制动，电磁松闸并带手动操作手柄式旋钮制动力矩： 46N.m 偏航减速箱参数如下: 额定功率： 2.85KW 额定输入转速： 1460rpm 额定扭矩： 19Nm 名义传动比： 1113 使用场合系数： 1.3 使用场合系数（静强度）： 1.0 接触强度安全系数：≥0.6 接触强度安全系数（静强度）：≥1.0 行星齿轮弯曲强度安全系数：≥1.0 行星齿轮弯曲强度安全系数：≥1.0 弯曲强度安全系数（静强度）：≥1.2 所选轴承供应商：进口轴承 使用寿命： 20年 运行环境温度： -40℃～+40℃ 生存环境温度： -40℃～+50℃ 噪声（声功率级）：≤85dB（A） 偏航小齿轮技术参数 模数： 18 齿数： 14 压力角： 20° 变位系数： +0.5 表面粗糙度： Ra0.8 齿面宽度： 130mm 齿面硬度： 675HV 齿轮精度： 8e26（DIN3963/DIN3967） 齿形：鼓形齿 偏航减速机的润滑 润滑方式：浸油润滑＋油脂润滑 齿轮润滑油： Shell Oamal HD320 Mobil Mobilgear SHC XMP320 Optigear Synthetic A320

风力发电机偏航系统控制

摘要 能源、环境是当今人类生存和发展所要解决的紧迫问题。风力发电作为一种可持续发展的新能源，不仅可以节约常规能源，而且减少环境污染，具有较好的经济效益和社会效益，越来越受到各国的重视。 由于风能具有能量密度低、随机性和不稳定性等特点，风力发电机组是复杂多变量非线性不确定系统，因此，控制技术是机组安全高效运行的关键。偏航控制系统成为水平轴风力发电机组控制系统的重要组成部分。风力发电机组的偏航控制系统，主要分为两大类：被动迎风偏航系统和主动迎风系统。前者多用于小型的独立风力发电系统，由尾舵控制，风向改变时，被动对风。后者则多用大型并网型风力发电系统，由位于下风向的风向标发出的信号进行主动对风控制。本文设计是大型风力发电机组根据风速仪、风向标等传感器数据，对风、制动、开闸并确定起动，达到同步转速一段时间后，进行并网操作，开始发电。 本文介绍了风力机的偏航控制机构、驱动机构的基础上，采用PLC作为主控单元，设计了风电机组的偏航控制系统。系统根据风向、风速传感器采集的数据，采取逻辑控制主动对风，实现了对风过程可控。论文给出了基于风向标、风速仪的偏航控制系统的软硬件设计结果。 关键词：风力发电机；风向标；偏航控制系统；驱动机构

目录 第1章绪论 (2) 1.1 课题的背景和意义 (2) 1.2 国内风力发电的发展 (3) 第2章风力发电机组系统组成及功能简介 (5) 2.1 风力机桨叶系统 (5) 2.2 风力机齿轮箱系统 (6) 2.3 发电机系统 (7) 2.4 偏航系统 (8) 2.6 刹车系统 (8) 2.8 控制系统 (8) 第3章偏航控制系统功能和原理 (10) 3.1 偏航控制机构 (10) 3.1.1 风向传感器 (10) 3.1.2 偏航控制器 (12) 3.1.3 解缆传感器 (12) 3.2 偏航驱动机构 (13) 3.2.2 偏航驱动装置 (15) 3.2.3 偏航制动器 (16) 第4章偏航控制系统设计及结果分析 (18) 4.1 偏航系统控制过程分析 (18) 4.1.1 自动偏航 (18) 4.1.2 90度侧风控制 (19) 4.1.3 人工偏航控制 (20) 4.1.4 自动解缆 (20) 4.1.5 阻尼刹车 (21) 4.2 偏航控制系统总体设计结构与思想 (22) 4.3 偏航控制系统设计各组成器件简介、选型及原理 (22) 总结与展望 (23) 参考文献 (24) 致谢 (24)

偏航系统浅谈

偏航系统浅谈 摘要 风作为自然的产物，风能具有能量密度低、随机性和不稳定性等特点。因此，控制技术是机组安全高效运行的关键,偏航控制系统成为水平轴风力发电机组的重要组成部分. 本文简述了风机偏航系统,其中包括偏航系统的功能、组成及工作原理等。其次还介绍了偏航系统常见故障点的分析。 关键词：偏航系统组成工作原理常见故障点 目录 一、引言 (4) 二、偏航系统的功能 (5)

三、偏航系统的组成 (6) 四、偏航系统工作原理 (7) （一）测量 (7) （二）偏航识别 (8) （三）偏航执行过程 (8) 五、偏航系统的维护 (8) （一）偏航减速器的运行检查： (8) (二）润滑油加注： (9) （三）偏航小齿轮与外齿圈的啮合间隙 (9) 1．偏航轴承： (9) 2．偏航刹车： (10) 3．紧固螺栓: (10) 六、偏航系统常见故障点分析 (10) （一）机械方面原因： (10) 1．检查偏航电机 (10) 2．检查偏航齿轮箱 (10) 3．检查偏航驱动小齿轮 (10) 4．检查偏航轴承 (10) 5．检查刹车器安装对中性 (11) （二）电控方面原因： (12) （三）液压方面原因： (12) 七、结束语 (13)

参考文献 (14)

偏航系统浅谈 一、引言 随着不可再生资源的消耗，可再生利用的新能源在全球得到广泛关注。风能以其巨大的储量、广泛的分布、便捷地采集得到发达国家和部分发展中国家的青睐。偏航系统在作为风电控制系统的重要组成部分，主要应用于水平轴的风力发电机组。其作用在于当风向变化时，能够快速平稳地对准风向,以便获得最大的风能。

风力发电机组吊装过程中动载荷系数的分析

风力发电机组吊装过程中动载荷系数的 分析 摘要：本文通过风力发电机组在实际吊装过程中的计算载荷值、低速移动（提升）阶段的动载荷值、风速、气温等参数的对比，特别是针对大型超长柔性的风电叶片、组装后的风轮吊装，进一步分析现行的行业施工规范和相关规定中动载荷系数值的选取合理性。 关键词:计算载荷；动载荷；动载荷系数；抬吊；超长柔性叶片 [中图分类号]TK83[文献标识码]A 引言 近些年，随着国家“30.60碳中和、碳达峰”的提出，新能源风力发电项目的建设进入快速增长的阶段，《“十四五”可再生能源发展规划》报告的指出，我国在“十三五”期间，可再生能源实现了跨越式发展，装机规模稳居世界领先地位，利用小时数、装备制造业技术水平、产业核心竞争力迈上新台阶，取得了举世瞩目的成绩，为“十四五”可再生能源高质量发展奠定了坚实基础。特别是风电装机增长十分迅速，每年屡创新高，2019、2020、2021年新增吊装容量分别达到18.9GW、57.8GW、55.92GW，风电设备安装台数10916台、20401台、15911台。截止到2021年底，全国风电的累计装机达到328.5GW；机组的单机容量逐年增大，风力发电机组的叶片长度已由早期的40米左右发展到现在90米左右，机舱、轮毂的重量也发生了非常大的改变。在大量关于起重设备的研究中，关于风力发电机组设备安装的资料十分稀少，在实际工程工作中缺乏参考的文献。笔者在本文，通过风力发电机组在工程实际吊装过程中，对机舱、轮毂、叶片三种设备的实际载荷、起吊阶段的载荷值进行分析研究。

本文选取某300MW风电项目，安装风力发电机组型号为D131-2.5MW-H90，选 取叶片单独吊装、风轮（组装叶片）、机舱安装时的实际载荷值、理论计算值， 分提升至平稳阶段、平稳移动两个安装阶段的载荷数值进行分析比较。本次计算 吊车提升速度为慢速，在3m/min左右。风电机组主要设备机舱，重量93t, 长× 宽×高=10.6 m×4. 2 m×3.85m；单支叶片重量15t,长度54米；未组装叶片的 轮毂，重量29吨，直径4.4米，高4米。主力吊车采用徐工全地面式起重机 XCA1600，辅吊车采用三一汽车吊STC800T6,吊装过程严格最受设备厂家的操作规范。 一、吊装方案中对风力发电机组的设备吊装载荷的理论计算如下： 1.机舱：风机最重设备机舱：机舱重 93t（含工装），吊钩、吊钩绳及起吊 索具重量约为4t，实际载荷97t。动载荷系数 k1=1.1。计算载荷=（93+5） *1.1=107.8t。吊装选用徐工 1600 汽车吊，主吊车主臂 83.8 米+辅臂 27.5 米 工况，工作半径为 18m，额定起重量 124.8t。负荷率=107.8/124.8=86.4%<90%，满足现场规范要求。 2.单支叶片吊装：单片叶片重 15t，长 64m，本次吊装采用1台 XCA1600 汽车吊抬吊的方式进行吊装。采用 18t/12m 扁吊带（对折使用），两个吊带分 别连接到平衡梁的两端。汽车吊工况选用 91m 主臂，28m 工作半径，该工况下 吊车额定负荷 74.4t，吊钩、吊钩绳及起吊索具重量 1t，动载荷系数 k1=1.1。 计算载荷=（15+1）*1.1=17.6t。 负荷率=17.6/74.4=23.7%<90%，满足现场规范要求。 3.风轮的吊装：用2根40t*18m双眼扁平吊带环绕风轮的两根叶片根部，挂 在吊车吊钩上。由于风轮组装后的重量为74t，低于机舱的重量，所以此处省略 载荷计算。 二、设备吊装过程中的数据记录如下表： 表1：叶片单机吊装载荷值记录表

风力发电机载荷特性

风力机载荷 风力机载荷情况 风力机载荷是风力机设计和风力机认证时的重要依据，用于对风力机进行静强度和疲劳强度分析。目前，国际上有很多规范、标准对风力机载荷做了详细的规定。其中应用最广的是IEC61400-1标准。 1.载荷分类 作用在风力机上的载荷主要包括： （1）空气动力载荷； （2）重力载荷； （3）惯性载荷，包括离心力和科氏力等； （4）操纵载荷； （5）其他载荷，如结冰载荷 根据载荷的性质，在风力机上的载荷可分为静载荷、定常载荷、周期载荷、瞬态载荷、脉冲载荷、随机载荷和谐振载荷等。 2.载荷情况 由不同的外部条件与风力机工作状态组合而成，主要包括：①正常外部条件与风力机正常工作状态组合；②正常外部条件与风力机故障工作状态组合；③极端外部条件与风力机正常工作状态组合。 根据IEC61400-1标准的规定，载荷情况如表5-1所列。

表5—1载荷情况

3.安全系数 风力机设计时，需要提供的是设计载荷F d ，它和实际载荷F r 的关系是：d f r F r F =， 式中r f ——载荷局部安全系数 见表5-2所示： 表5—2 载荷局部安全系数 风力载荷计算 风力机载荷特性 1.叶片上的载荷 （1）空气动力载荷 作用在叶片上的包括摆振方向的剪力Q yb 和弯矩M xb 、挥舞方向的剪力Q xb 和弯矩M yb 以及变桨距时，与变桨距力矩平衡的叶片俯仰力矩M zb 。叶片上的空气动力载荷可根据2.2节中的动量——叶素理论计算，计算时先求出轴向诱导因子a 和周向诱导因子b ，再求得叶素上的气流速度三角形以及作用在叶素上的法向力dF n 和切向力dF t （前图 2—1），然后通过积分求出作用在叶片上的空气动力载荷Q xb ，Q yb ，M xb 和M yb 。 图2-1叶素上的气流速度三角形和空气动力分量 0R 2xb 0n r 1Q V cC dr 2ρ=ò 0R 2yb 0t r 1Q V cC dr 2ρ=ò R 2yb 0n r 1M V cC rdr 2ρ=ò

风力发电——基于Simpack的风力发电机组偏航系统动态特性分析

基于SIMPACK的风力发电机组偏航系统动态 特性分析 内容提要：偏航系统是水平轴风力发电机组的重要组成部分，其主要作用是使风轮叶片始终处于迎风位置，同时提供了风电机组安全运行和停机状态所需要的锁紧力矩。偏航系统性能的好坏直接决定了风力发电机的发电质量和风能利用率的高低。因此研究风电机组运行时偏航系统的动态特性是风力发电机组设计中的重要任务之一。本文以3.0MW风力发电机组中的偏航系统为研究对象，根据多体系统动力学理论，设计偏航系统结构拓扑图，使用多体动力学软件SIMPACK 建立其动力学模型，分析研究风力发电机偏航过程中偏航齿轮传动系统的动力学特性。为风机偏航系统齿轮间的运行情况的影响方面提供了一定的参考依据，对风力发电机组设计具有指导意义。 1、前言 随着风能利用的兴起，兆瓦级风力发电机组成为主流的风力发电设备。由于风向的时刻变化，风力发电机组偏航系统在启动与刹车状态之间变化频繁，受载情况与工作环境复杂，因此在设计制造与使用过程中有着极高的结构要求[1]，为了系统的研究风力发电机组偏航时的动态特性，本文运用多体动力学方法对风机偏航时偏航系统的动态特性进行仿真分析。这对偏航系统齿轮的齿轮强度和可靠性设计具有重要指导意义。 2、偏航系统结构参数 偏航系统是水平轴风力发电机组的至关重要组成部分[2]。对于大型并网水平轴风力发电机组来说，其主动偏航系统机构大体包括以下几个部分：偏航轴承、偏航制动装置、偏航驱动装置和偏航保护装置等[3]。本文所选机组采用内齿式偏航系统，通过输出轴上的小齿轮与

轴承内圈齿轮啮合，以推动机舱旋转，达到偏航目的[3]。3MW 风力发电机组采用六个偏航驱动方式，以保证在提供足够转矩的前提下，尽可能保持机舱平稳运动。具体偏航驱动分布的形式如图2-1 所示。 图2-1 偏航齿轮装配图 本文以3MW 风力发电机组偏航系统齿轮副进行研究。偏航齿轮系统是由六个与减速器相连的小齿轮同时与偏航轴承内圈大齿轮相啮合构成的，六个小齿轮在大齿轮周围呈轴对称分布。具体相关参数见表2-1。 表2-1 齿轮参数表 3、偏航系统动力学模型 在SIMPACK中建立风力发电机组偏航系统的动力学模型，建立

风力发电机组偏航系统关键参数研究

风力发电机组偏航系统关键参数研究 摘要：针对大型风力发电机组偏航系统进行了研究，阐述了偏航速度、制动力矩等关键参数的设计方法，并提出了相关建议，对于工程应用具有参考价值。 【关键词】风力发电机偏航系统偏航误差载荷 Abstract：The large wind turbine yaw system were studied. It described the design method of some key parameters such as speed and yaw brake torque.. It give some suggestions and provided reference value for engineering application. Keywords：wind turbine；yaw system；yaw error；load 1.偏航系统概述 自然界中风向是随时变化的，对于水平轴风力发电机组来说，风轮常常不能正对风向，即处于偏航运行状态，此时风轮效率较低，为了保证风机在运行过程中能够最大限度的捕捉风能，使风轮始终处于迎风状态，常常需要偏航系统来帮助风机自动对风。此外，偏航系统还可以提供必要的锁紧力矩，以保障风力发电机组的安全运行。 根据对风方式的不同，偏航系统一般分为主动偏航系统和被动偏航系统，主动偏航指的是根据控制信号采用电力或液压拖动来带动整个风轮的转动；被动偏航指的是依靠风力通过相关结构完成对风动作，常见的有尾舵、舵轮和下风向自动对风等[1]。目前大型兆瓦级风电机组多采用主动偏航系统，因此本文着重介绍主动偏航系统。 2.偏航系统关键参数的确定 偏航系统的设计在整个机组设计中处于关键地位，因为它会影响主机架的尺寸及塔架顶部法兰的尺寸及螺栓的选择等；偏航系统尺寸的大小取决于机组功率的大小、风轮直径的大小、现场的风资源条件、偏航速度等。 2.1偏航速度 为了避免风轮陀螺效应的产生，偏航速度一般不超过15/R，其中R为风轮半径。偏航速度通常小于1度/秒，为了达到这样小的偏航速度，驱动电机需要通过减速齿轮箱连接。 2.2偏航制动力矩 功率输出、湍流、风切变以及很小的不可避免的偏航误差都会造成作用在塔筒轴上的力矩增加。为了保持机舱就位而不损伤齿轮，常用的方法是安装制动盘与偏航轴承连接，偏航夹钳夹持住制动盘。偏航不动作时，机舱通过偏航夹钳抱

风力发电偏航控制系统研究及技术展望

风力发电偏航控制系统研究及技术展望 摘要：风力发电机组偏航系统是风力发电机重要的组成部分之一，偏航系统的 故障问题将直接影响风力发电机组的有效运行。当前由于全球环境问题的日益加重，人们越来越重视对环境的保护问题。风力能源由于其可再生的性质，得到社 会的广泛认可，尤其是在中国对于风力能源的开采力度不断地在加大。本文就风 力发电机偏航系统控制进行分析，达到其整体的控制需求。 关键词：风力发电机；偏航系统；控制 1风力发电机偏航控制系统分析 1.1风力机组 风力发电机是直接将风能转化为机械功，然后利用机械功实现对转子的带动 旋转，最终输出交流电。在转换能量的时候，基于风力机将风能直接转变为机械能，然后将机械能转换成为电能，这样就可以满足实际的转换，让风力机组可以 满足其实际的应用目标。 1.2偏航系统结构 基于大型水平轴风电机组，其包含的部分主要是针对偏航轴承、驱动装置、 计数器等。 1.3偏航系统功能 偏航控制系统也属于对风装置，其包含的具体功能在于：配合机组控制系统，放出现风速矢量方向改变的时候，利用偏航控制系统的处理，就可以实现风向平 稳而快速的对准，并且也可以满足风轮最大风能的实现；针对风机电缆而言，还 需要考虑到单向缠绕偏多从而引发电缆出现断裂现象[1]。一旦电缆缠绕，就能适 应自动解缆处理的需求，进而实现风机的运行安全性。 2风力发电机组偏航系统常见故障 风力发电机组偏航系统第一个常见问题就是偏航系统运行噪音偏大，噪音的 发生往往伴随着振动的产生，为风力发电机组的整体运行带去不利的因素，其主 要的产生原因有很多，比如偏航阻的尼力矩过大造成噪音的产生、偏航制动器和 偏航制动盘之间的相互摩擦产生的噪音、风力发电机组的机械结构件相互干涉产 生的噪音等；第二个问题是由于偏航过程当中的偏航制动时受到外部风力的冲击，造成的偏航驱动齿轮箱打齿问题，以及由于风力发电机组的机舱和塔筒之间的关 键连接部分出现问题，造成的偏航轴承断齿及滚动的脱落问题；第三个主要问题 就是由于风向标信号以及偏航阻尼力矩等原因造成的偏航定位不准确问题；第四 个主要问题是由于缺少日常维护，或没有及时地更换偏航制动盘，造成的偏航制 动盘磨损十分的严重；最后一个就是制动系统液压管路的泄露造成的偏航制动系 统的压力不稳定现象的发生[2]。 3基于模糊控制的偏航系统控制策略 3.1原理简介 系统组成。模糊控制本身的系统结构与普通的数字化控制系统是基本一致的，区别就在于通过模糊控制实现模糊控制系统的运行。对于模糊控制系统，其一般 是由输出量、输入量的规范化、模糊化输出量等对应的部分组成。基本思路。基 于一定的逻辑与推理，模糊控制就是针对人的经验来实施总结，确保其可以实现 模型化、规则化以及预演化处理，然后转化成为另外一种形式，通过计算机的控 制与接受，这样就可以实现对人的替代，实现最终的监控与控制处理，最终将模 糊控制落到实处，基于手动的控制，在引入语言变量等对应的概念之后，配合适

风机滑动偏航系统的在线监测系统数据分析

风机滑动偏航系统的在线监测系统数据分析 翟永杰;李冰;常启诚 【摘要】For mastering the operation characteristics of the sliding yaw system and looking for the fault reasons of the fan sliding yaw system,a set data acquisition system of fan yaw based on LabVIEW was designed,and the yaw system in a wind power plant was conducted with on-line monitoring for 3 months. Some problems in operation of the yaw system are discovered by data analysis,such as the different power,large power difference value and power fluctuation of the four motors,and in the yaw process,the vibration of the yaw system is gentle,and the situation of sudden increscent vibration is existed. According to the analysis,the operation suggestions of the yaw system are provided,which can reduce the fault occurrence of the yaw system significantly,and improve the efficiency of the power plant.%为了掌握滑动式偏航系统的运行特性,揭示风机偏航系统故障的原因,设计了一套基于LabVIEW的风机偏航数据采集系统,并对某风电厂的偏航系统进行长达3个月的在线监测,通过数据分析发现偏航系统运行中的一些问题,如:4个电机功率不一致,差值较大,并均存在波动;在偏航过程中,偏航系统的振动比较平缓,但存在突然增大的状况.根据分析,给出了偏航系统运行的建议,从而可以大幅减少偏航系统故障的出现,提高电厂效益. 【期刊名称】《现代电子技术》 【年(卷),期】2015(038)021 【总页数】4页(P123-126)

偏航系统对风电机组发电量的影响

偏航系统对风电机组发电量的影响 摘要：偏航控制系统是风机控制系统中的重要组成部分。它通过机舱顶部的风 向标发出的位置信号进行主动偏航对风，保证风机叶轮时刻处于迎风位置。为此 在风力机组中，偏航系统的精准对风，对风电机组发电量影响很大。我们在对偏 航系统调试的精准性上，进行了积极探索和实践，也取得了明显的经济效益。 关键词：偏航系统；风电机组；发电量；影响 1偏航系统对风机发电能力的影响 偏航系统是风机控制系统中重要组成部分，它实现了风机的自动对风，使风 机在随机风向下始终保持迎风状态。由于偏航系统对风机的准确正常对风起着重 要作用，因此风机的偏航系统的正常与否影响着风机是否能够达到最佳发电状态。 偏航系统影响风机达到最优发电能力的因素有以下两点： 1.1偏航压力的正常与否 偏航系统的压力有两种，一种是偏航制动压力，另一种是偏航余压，这两种 压力是否在标准范围内，都能使风机受到影响，偏航余压不在标准范围内，会延 长风机的正常对风时间；偏航制动压力不在标准范围内，影响风机的正常制动， 压力过大会引起风机的震动，压力不足使风机对风不准确，延长风机的正常对风 时间。 1.2偏航测风系统是否准确 偏航测风系统由两部分组成：一是风向标，二是风速仪。风机能够正常对风 是通过风向标完成的，它能够使风机准确的处于迎风状态，风向标在调整过程中 存在一定的偏差，但不会太大，若出现较大偏差则使风机不能准确处于迎风状态。而风速仪能够准确的测量风速，使风机的功率和测量的风速不匹配，这样影响风 机的功率曲线，导致风机的数据不正常。 2偏航系统的原理 3采取的措施 为了能够将风机的发电能力发挥到最大，可以采取以下措施进行调整： ①调整风机的偏航压力（偏航制动压力和偏航余压）使压力满足要求的正常标准（制动 压力140bar～160bar，余压16bar～24bar），从而使风机能够准确对风。 ②调整测风系统，通过调整风向标的角度，使风向标在180°时正对机头，以及检测风向 标和风速仪对应的电阻值，检测为规定值，从而确认对风的准确性。 4措施落实前后的效果对比 现场实践证明，以上的措施可以有效提高风机的发电能力。通过对偏航系统压力和测风 系统的调整可以使风机快速准确的完成对风。我们可以通过对比调整前后的风功率曲线，查 看风机在调整前后的变化情况，现将两台风机调整前后的曲线绘制如下： （1）图3、4 为风机更换风向标前后的功率曲线变化； 该风机由于在调试风向标时未能满足180°对机头，存在较大的偏差，且偏航余压未在规 定之内（16bar～24bar），通过重新调整后，使风机能够准确快速对风，使风机的风速与保 证的功率相匹配。 从以上两个实例看出，通过对风机偏航系统的调整，可以使风机在相同风速下的发电能 力得到有效提升，同时也说明上面采取的措施具有可行性。为此对公司所属风电场的风机的 偏航系统进行排查调整，使风电场风机的发电能力得到了提升，从而保证了风机的发电量。 5效益 通过对风机的偏航系统的调整，提高了风电场风机的发电能力，从而提高了风电场的发

风力发电机组偏航系统详细介绍

风力发电机组偏航系统详细介绍 资讯频道 2012-12-15 偏航系统是水平轴式风力发电机组必不可少的组成系统之一。偏航系统的主要作用有两个。其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；其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。风力发电机组的偏航系统一般分为主动偏航系统和被动偏航系统。被动偏航指的是依靠风力通过相关机构完成机组风轮对风动作的偏航方式，常见的有尾舵、舵轮和下风向三种；主动偏航指的是采用电力或液压拖动来完成对风动作的偏航方式，常见的有齿轮驱动和滑动两种形式。对于并网型风力发电机组来说，通常都采用主动偏航的齿轮驱动形式。 1．偏航系统的技术要求 1.1. 环境条件 在进行偏航系统的设计时，必须考虑的环境条件如下： 1). 温度； 2). 湿度； 3). 阳光辐射； 4). 雨、冰雹、雪和冰； 5). 化学活性物质； 6). 机械活动微粒； 7). 盐雾。风电材料设备 8). 近海环境需要考虑附加特殊条件。 应根据典型值或可变条件的限制，确定设计用的气候条件。选择设计值时，应考虑几种气候条件同时出现的可能性。在与年轮周期相对应的正常限制范围内，气候条件的变化应不影响所设计的风力发电机组偏航系统的正常运行。 1.2. 电缆 为保证机组悬垂部分电缆不至于产生过度的纽绞而使电缆断裂失效，必须使电缆有足够的悬垂量，在设计上要采用冗余设计。电缆悬垂量的多少是根据电缆所允许的扭转角度确定的。 1.3. 阻尼 为避免风力发电机组在偏航过程中产生过大的振动而造成整机的共振，偏航系统在机组偏航时必须具有合适的阻尼力矩。阻尼力矩的大小要根据机舱和风轮质量总和的惯性力矩来确定。其基本的确定原则为确保风力发电机组在偏航时应动作平稳顺畅不产生振动。只有在阻尼力矩的作用下，机组的风轮才能够定位准确，充分利用风能进行发电。 1.4. 解缆和纽缆保护 解缆和纽缆保护是风力发电机组的偏航系统所必须具有的主要功能。偏航系统的偏航动作会导致机舱和塔架之间的连接电缆发生纽绞，所以在偏航系统中应设置与方向有关的计数装置或类似的程序对电缆的纽绞程度进行检测。一般对于主动偏航系统来说，检测装置或类似的程序应在电缆达到规定的纽绞角度之前发解缆信号；对于被动偏航系统检测装置或类似的程序应在电缆达到危险的纽绞角度之前禁止机舱继续同向旋转，并进行人工解缆。偏航系统的解缆一般分为初级解缆和终极解缆。初级解缆是在一定的条件下进行的，一般与偏航圈数和风速相关。纽缆保护装置是风力发电机组偏航系统必须具有的装置，这个装置的控制逻辑应具有最高级别的权限，一旦这个装置被触发，则风力发电机组必须进行紧急停机。 1.5. 偏航转速

风力发电偏航系统

风力发电偏航系统 ―科学技术是第一生产力‖，随着社会的发展，前国家领导人邓小平同志说的这句话已得到了足够彻底的肯定！ 正当人们迈向21世纪时，科学技术的长足进步，促使世界各地各类产业都进入了结构调整时期。结构调整与重组已使那些最传统、最垄断的产业也发生了人们难以预想到的变化。社会发展将在大重组、大调整的过程中走向新时代。 从能源、电力产业看，20世纪90年代，世界能源、电力市场发展最迅速的已不再是石油、煤和天然气，太阳能发电、风力发电'>风力发电等可再生能源异军突起。全世界风力发电'>风力发电容量从1990年的200万KW，发展到1998年的960万KW。因此，在20世纪末，国际一些能源专家预言：新能源、电力方面而言，21世纪将是可再生能源的世纪，能源、电力的开发利用将面临历史的变革。 不可否认，目前能源界存在两种观点：一是新能源仍然微不足道，也不可能满足几十亿人对能源的需求；二是现有的能源技术系统是可靠的、经济的、完全成熟的，全球能源技术和系统不会在短期内发生变化——石油、煤炭、天然气、水力发电、火力发电仍主宰能源事业，不会被代替。今天，社会的可持续发展已成为政治问题，新技术、产业调整以及更为严厉的环境政策，必将推动世界能源和能源经济的变革。20世纪中，电子技术、新材料和生产技术取得了长足进步，并在能源产业得到广泛的应用，各国政府对新能源技术的研究和发展给予了不同于常规能源技术的大力支持，技术、科技的进步将使风能在不久的将来被大规模应用。 此外，风力发电'>风力发电有利于环境的保护。人类强烈的意识到对已遭破坏的地球环境必须进行保护，为此，必须对能源、电力的应用进行变革。由于世界上许多国家对火电厂废气废物的排放都有明确的法律规定，使火电厂生产成本大大提高。核能由于造价高和具有危险性，也难以大规模应用。能源发展是一个公共政策问题。1981年在内罗比举行的联合国新能源和的再生能源开发利用大会，强调替代能源和可再生能源可减轻对石油依赖的重要性。等等这些会议，都说明了一点，那就是能源利用和环境问题。 风力发电'>风力发电已经发展了100年，取得了很大的进展，风电技术已经成熟。目前市场分额最大的风电机组主要分两类：一类是变桨距调节型，即运行中改变桨距角获得最佳空气动力性能，其整机重量较轻，但结构复杂一些，机组价格较高；另一类是定桨距失速调节型机组，其轮毂结构简单，叶片固定在轮毂上，当风速超过额定值时，叶片失速使升力下降，将功率调节在额定值以下防止发电机超负荷，缺点是空气动力效率较低，整机重量大。风电技术开发的趋势是重量更轻，结构更具柔性，直接驱动发电机和变转速运行。更大单机容量的机组仍在继续研制。随着风电容量在电力系统中的比例越来越大，对系统的影响日益明显。人们已经开始利用天气预报的技术预测风电场的功率输出，以优化运行调度。 风力发电'>风力发电的基本原理是：风能具有一定的动能，通过风力发电'>风力发电机把风能转化为机械能，拖动发电机发电，经整流器得到稳定的直流电供给直流负荷，通过逆变器输出三相交流电，供给三相负荷，这里蓄电池既有储能作用，又起稳定电压的作用。