兆瓦级风力发电机组电动变桨距控制系统设计

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1、维普资讯http://www.cqvip.com学兔兔www.xuetutu.com兆瓦级风力发电机组电动变桨距控制系统设计口刘林口麦云飞口宁李谱上海理工大学机械工程学院上海200093摘要：在分析兆瓦级风力发电机组电动变桨距系统的工作原理及其执行机构的基础上，建立了桨距控制器的模型，并完成了变桨距伺服控制系统的硬件和软件设计。关键词：风力发电机电动变桨距伺服控制中图分类号：TK83文献标识码：A文章编号：1000—4998(2008)09—0015—04风能作为一种元污染的可再生能源，对它的开发使发电机工作在最佳功

2、率状态。利用已受到世界各国的高度重视。由于风能开发有着2)风速高于额定风速。风速增加使得发电机的输巨大的经济、社会、环保价值和发展前景，近2O年来风出功率也随之增加，超过额定功率时，风力发电机组的电技术有了巨大的进步。德国、西班牙、丹麦、美国等欧机械和电气极限要求转速和输出功率维持在限定值以美国家在风力发电理论与技术研发方面起步较早，因下。此时，变桨距系统根据风速变化调整风轮的桨距而目前处于世界领先地位。与风电发达国家相比，我国角，控制吸收的机械能，减少风力机所受的冲击。在风力发电机组研制方面存在较大差距，虽然近两年

3、1．2变桨距系统执行机构兆瓦级的大型风电机组及其零部件的研制工作不断取与液压驱动变桨距系统不同的是，电动变桨距系得突破性进展，但一些关键部件还依赖进口或技术引统的3个桨叶分别带有独立的电驱动变桨距系统，其执进，无法实现大型机组的整机国产化和批量生产。行机构包括伺服电机、控制器、电机驱动器、不间断电变桨距系统作为大型风电机组的核心部分之一，源、减速机构、传感器等。当变桨距系统上电后，电机带对机组安全、稳定、高效的运行有十分重要的作用。而动减速机构的主动齿轮旋转，而且主动齿轮与回转支我国目前在这一领域的研究还处于起步阶段

4、，与国际承的内环啮合，从而带动回转支承的内环与叶片一起先进水平尚有不小差距。变桨距是指借助控制技术和旋转，实现了改变桨距角的目的。动力系统，改变安装在大型风力发电机轮毂上的叶片图1为执行机构原理图，图中只画出了一个桨叶的的桨距角大小，从而改变叶片的气动特性，使桨叶和整变桨距执行机构，其它两个桨叶与此完全相同。每个桨机的受力状况大为改善。近年来，电动变桨距系统已越叶分别采用一个带位移反馈的伺服电机进行单独调来越多地应用于风力发电机组。据最新资料显示，全球节。位移传感器采用光电编码器，安装在电动机输出轴风电机组的大供应商

5、均采用了电动变桨距结构作为变上，采集电机转动角度。由于桨距角的变化速度都很桨距系统的组成。例如GEWindPower公司的3．6Mw慢，一般不超过每秒15。，而一般的伺服电机额定转速风机机组、Enercon公司的E一112型风机机组、Suzlon都为每分钟几千转，因此需要一个减速机构。伺服电机公司的2MW风机机组、REpower公司的5MW风机机连接行星减速器，通过主动齿轮与桨叶轮毂内齿圈相组、Nordex公司的N90,~机机组等都应用了电动变桨连，带动桨叶进行转动，实现对桨叶节距角的直接控距系统。制。在轮毂内齿圈的

6、边上又安装了一个非接触式位移传感器，直接检测内齿圈转动的角度，即桨叶节距角变1电动变桨距系统概述化，当内齿圈转过一个齿，非接触式位移传感器输出一1．1变桨距系统工作原理个脉冲信号。变桨距控制依据光电编码器所测的位移风力发电机组在起动前，桨叶节距角约为9O。，即值进行控制，非接触传感器作为冗余控制的参考值，它桨叶在顺桨位置。当风速达到切入风速时，桨叶向0。方直接反映桨叶节距角的变化。当发电机输出轴、联轴器向转动，直到气流对桨叶产生一定的功角，叶轮开始起或光电编码器出现故障时，即光电编码器与非接触位动。发电机并网后，机组

7、运行过程分如下两种工况。移传感器所测数字不一致时，控制器便可知道系统出1)风速低于额定风速。在此过程中，机组不作变桨现故障。在轮毂内齿圈边上还装有一个接近开关，起限控制，利用变速恒频技术根据风速相应控制转子转速，位作用(0。和90。)。控制器安放在电气板上，便于散热。收稿日期：2008年4月如果系统出现故障，控制电源断电时，电机由UPS供机械制造46卷第s29~J20118／9固i维普资讯http://www.cqvip.com学兔兔www.xuetutu.com额定转速时，通过调节叶片桨距来维持所选择的运行点，桨距

8、的变化改变了恒定风速曲线，迫使它们穿过所期望的运行点。电，60s内将桨叶调节为顺桨位置。在UPS电量耗尽时，继电器断路，原来由电磁力吸合的制动齿轮弹出，制动桨叶，保持桨叶处于顺桨位置。在风力机正常工作时，继电器得电，电磁铁吸合制动齿轮，不起制动作用。2桨距控制器建模兆瓦级风力发电机组一般采用变速发电机，因此闭环控制被用于发电机的正常运行中以控制