毕业设计-风力发电机组的变桨距系统

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1、风力发电液压变桨姓名：狄万学摘要：液压独立变桨距系统作为大型风力发电机组控制系统的关键部分,对机组的安全、稳定、高效运行具有十分重要的作用。风力机液压独立变桨距系统的原理及特点,采用了带实时故障排除的液压冗余型电液伺服变桨距执行机构;计算分析了桨叶的驱动力矩及液压缸的负载力。关键字：液压独立变桨；高效；电液伺服变桨20现代化的机械设备的控制技术手段是多种多样的，电器方法、机械方法、液压方法、电气液压方法以及气动方法等等，均可以用来实现自动控制。其中，机－电－液一体化设计已成为当代机械工业技术和产品发展的主要趋向，沿用已久的分工脱节，各管一段的设计

2、方法，不仅耗时，而且难以获得一体化系统的最佳设计结果。本设计引入了机、电、液一体化系统的设计理念，寻求有效的设计理论和方法来实现桨叶的快速变距。变桨距调节有全桨叶变距与仅叶尖局部变距两种。变距系统控制叶片的转动，从而使风力机具有最佳的刹车性能。变桨距系统还能够起到主动调节（保持额定功率）和优化(在小于额定风速时优化功率)的作用；在高风速段保持额定功率。无论安装地点的空气密度多少，桨距控制系统都能使叶片角度调到最佳值，从而达到额定功率。这意味着変桨距风电机组对温度和海拔高度的变化而引起的空气密度的变化并不敏感。机械装置设计的重点是同步盘、连杆和偏心

3、盘。其中同步盘上的推杆与液压缸上的出杆的连接很关键。液压缸的驱动控制由液压系统控制，在液压系统中应用了电磁换向阀、蓄能器、单向阀和液控单向阀。电磁换向阀、单向阀和液控单向阀和电动机的控制均由电气控制系统实现。整个装置组成简单，结构精巧，控制方便，性能可靠，有很好的应用前景。由以上分析可见，変桨距风力发电机组有很多优越性，而変桨距风力发电机组核心便是変桨距系统，因此使得对変桨距系统的研究具有重要的现实意义。1液压变桨距控制系统设计在目前国内运行的大型风力发电机组的变桨距装置仍有一部分采用液压系统作为动力系统。所以对液压变桨距控制系统的设计还是很有必

4、要的。1.1液压变桨距控制系统大型风力发电机组随着叶片长度和体积的增大，叶片的质量也越来越大，叶片进行变桨时所用到的力矩也变大，而液压控制系统具有传动力矩大、重量轻、刚度大、定位精确、液压执行机构动态响应速度快等优点，能够保证更加快速、准确地把叶片调节至预定节距。在目前国内运行的大型风力发电机组20的变桨距装置仍有一部分采用液压系统作为动力系统。如图1所示为变桨距风力发电机的简图。调速装置通过增大桨距角的方式减小由于风速增大使叶轮转速加快的趋势。当风速增大时，变桨距液压缸动作，推动叶片向桨距角增大的方向转动使叶片吸收的风能减少，维持风轮运转在额定

5、转速范围内。当风速减小时，实行相反操作，实现风轮吸收的功率能基本保持恒定。目前国内生产和运行的大型风力发电机的变装置大多采用液压系统传递动力。图1变桨距风力发电机简图图2所示为变桨距控制器的原理框图。在发动机并入电网之前由速度控制器根据发动机的转速反馈信号进行变桨距控制，根据转速及风速信号来确定桨叶处于待机或顺桨位置；发动机并入电网之后，功率控制器起作用，功率调节器通常采用PI（或PID控制，功率误差信号经过PI运算后得到桨距角位置。当风力机在停机状态时，桨距角处于90°的位置，这时气流对桨叶不产生转矩当风力机由停机状态变为运行状态时，桨距角由9

6、0°以一定速度（约1°/s）减小到待机角度（本系统中为15°）；若风速达到并网风速，桨距角继续减小到3°（桨距角在3°左右时具有最佳风能吸收系数）；发电机并上电网后，当风速小于额定风速时，使桨距角保持在3°20不变；当风速高于额定风速时，根据功率反馈信号，控制器向比例阀输出-10V－+10V电压，控制比例阀输出流量的方向和大小。变桨距液压缸按比例阀输出的流量和方向来操纵叶片的桨距角，使输出功率维持在额定功率附近。若出现故障或有停机命令时，控制器将输出迅速顺桨命令，使得风力机能快速停机，顺桨速度可达20°/s。图2变桨距风力机控制框图全球投入商业运

7、行的兆瓦级以上风力发电机均采用了变桨距技术，变桨距控制与变频技术相配合，提高了风力发电机的发电效率和电能质量，使风力发电机在各种工况下都能够获得最佳的性能，减少风力对风机的冲击，它与变频控制一起构成了兆瓦级变速恒频风力发电机的核心技术。液压变桨系统具有单位体积小、重量轻、动态响应好、转矩大、无需变速机构且技术成熟等优点。1.2变桨距风力发电机组的运行状态变桨距风力发电机组根据变距系统所起的作用可分为三种运行状态，即风力发电机组的起动状态（转速控制）、欠功率控制（不控制）和额定功率状态（功率控制）。1.2.1起动状态变桨距风轮的桨叶在静止时，节距角

8、为90°，气流对桨叶不产生转矩，当风速达到起动风速时，桨叶向0°20方向转动，直到气流对桨叶产生一定的攻角，风轮起动。在发电机并入电网以