3.1 风力发电机组控制系统总体方案

  

　　控制系统由微机控制器[11](包括监控显示运行控制器、并网运行控制器、发电机功率控制器)、运行状态数据监测系统、控制输出驱动电路模板(输出伺服电动机、液压伺服机构、机电切换装置)等系统组成。具体控制内容有：信号的数据采集、处理，变桨控制、转速控制、自动最大功率点跟踪控制、功率因数控制、偏航控制、自动解缆、并网和解列控制、停机制动控制、安全保护系统、就地监控、远程监控。

  

　　根据设计的要求，本设计对偏航系统进行了着重分析，拟采用风向传感器采集信号，将信号进行处理，然后通过偏航电动机转向，使机舱完成对风工作;为了保护电缆不至于扭绞，在机舱沿同一方向旋转了两圈之后，会有相应的报警程序。为了实现机组的恒功率输出，控制器通过采集主发电机转速信号，看发电机是否工作在额定转速，然后通过伺服电机调整叶片对风的角度，使风力得到最大程度的应用，也就是变浆距功能的实现，从而实现恒功率输出。

  

　　本系统采用S7-300PLC 为控制器，其基本控制框图如图3.1 所示。

   

   

　　3.2 风力发电机组主要结构概述

  

　　水平轴风力发电机一般由风轮、增速齿轮箱、发电机、偏航装置、变桨距装置、塔架和控制系统等主要部分所组成[8]，如图3.2所示。

  

　　风轮：风轮的作用是将风能转换为机械能，它由气动性能优异的叶片(目前大型商用风电机组一般为2～3个)装在轮毂上组成。低速转动的风轮通过传动系统由增速齿轮箱增速，将动力传递给发电机。上述这些部件都安装在机舱平面上，整个机舱由高大的搭架举起，由于风向经常变化，为了有效地利用风能，必须要有迎风装置，它根据风向传感器测得的风向信号，由控制器控制偏航电机，驱动与塔架上大齿轮啮合的小齿轮转动，使机舱始终对风。轮毂是风轮的枢纽，是叶片根部与主轴的连接部分，也是控制叶片变桨距的所在。

   

    

图3.2 风力发电机组主要结构图

  

　　增速齿轮箱：齿轮箱连接低速轴和高速轴的变速装置，它可以将高速轴的转速提高至低速轴的50 倍。

  

　　发电机：风电机发电机将机械能转化为电能。风电机上的发电机与普通电网上的发电设备相比，有所不同：风电机发电机需要在波动的机械能条件下运转。通常使用的风电机发电机是感应电机或异步发电机，有的也使用永磁同步发电机。

  

　　偏航装置：借助电动机转动机舱，以使转子叶片调整风向的最佳切入角度。偏航装置由电子控制器操作，电子控制器可以通过风向标来探知风向。通常，在风改变其方向时，风电机一次只会偏转几度。值得注意的是，小功率级别的风电机都是通过统一的偏航装置调整所有叶片的角度，而最新的风电机大都是每个叶片设置单独的偏航系统。

  

　　变浆距装置：变浆距是指安装在轮毂上的叶片通过控制可以改变其桨距角的大小。在运行过程中，当输出功率小于额定功率时，桨距角保持在0°位置不变，不作任何调节;当发电机输出功率达到额定功率以后，调节系统根据输出功率的变化调整桨距角的大小，使发电机的输出功率保持在额定功率。此时控制系统参与调节，形成闭环控制。

  

　　塔架：风电机塔载有机舱及转子。通常高的塔具有优势，因为离地面越高，风速越大。600 千瓦风电机的塔高为40 至60 米，5 兆瓦级别的塔高则超过100 米。根据底座的不同，支撑塔可以为管状，也可以是格子状。管状的塔对于维修人员更为安全，因为他们可以通过内部的梯子到达塔顶。格状的塔的优点在于它重量轻，技术相对成熟(与海上石油钻井台原理相同)。

   

　　控制系统：控制系统是风力发电机组的“大脑”，由它自动完成风力发电机组的所有工作过程，并提供人机接口和远方监控的接口。控制系统的性能优劣对风机运行的效率和使用寿命有至关重要的影响。其控制软件根据风力发电基础理论研究成果和机组实际运营过程中的数据，能够准确的实现风力发电机组的特殊控制要求，对机组的安全可靠性具有十分重要的意义。

  

　　风速计及风向标：用于测量风速及风向。

  

   

  

来源：百度文库