风力机的调节与控制技术毕业设计论文 ㊣ 精品文档 值得下载

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设计方案现代风力发电机技术面临的挑战主要在于如何进步提高效率增加强度降低成本这三方面。

随着风力机的单机容量的不断增大，变桨距调速方式技术因其在额定风下能提高捕获风能效率，获得最佳能量输出，因而变速恒频变桨距型风力机逐渐占据风力发电机的主导地位。

在本章中采用目前两种较为流行的变桨距控制的方案，是较为传统的液压变桨距控制方案，二是电动变桨距控制方案。

两种方案目前在国内的应用都较为广泛，可以说是各有千秋，不分伯仲。

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要的。

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的变桨距装风力机的调节与控制技术置仍有部分采用液压系统作为动力系统。

液压变桨距结构如图所示，桨叶通过机械连杆机构与液压缸相连，节距角的变化同液压缸位移成正比，在负载变化不大的情况下，电液比例阀的输入电压与液压缸的速度成正比。

当液压缸活塞杆向左移动到最大位置时，节距角为度，而活塞杆向右位动最大位置时，节距角般为。

液压缸的位移由电液比例阀进行精确控制。

为进行精确的液压缸位置控制，必须引入位置监测与反馈控制。

图液压变桨距伺服系统结构图液压变桨距伺服系统的结构如图所示，它主要由推动杆支撑杆导套转装置同步盘短转轴连杆长转轴偏心盘叶片法兰等部件组成。

其作用如下推动杆传递动力，把机舱内液压缸的推力传递到同步盘上支撑杆是推动杆轮毅端径向支撑部件导套与支撑杆形成轴向运动，限制支撑杆的径向运动同步盘把推动杆的轴向力进行分解，形成推动三片叶片转动的动力防转装置防止同步盘在周向分力作用下转动，使其与轮毅同步转动。

其中同步盘短转轴连杆长转轴偏心盘组成了曲柄滑块机构，将推的直线运动转变成偏心盘的圆周运动。

液压变桨距伺服系统的工作过程为控制系统根据当前风速，以定的算法，叶片的桨距角调节信号，液压系统根据控制指令驱动液压缸，液压缸带动推动杆步盘运动，同步盘通过短转轴连杆长转轴推动偏心盘转动，偏心盘带动叶片以实现变桨距的作用。

风力机的调节与控制技术变桨控制系统的设计系统的硬件构成本文实验中采用华锐风电科技有限公司风力发电机组作为设计对象。

现采用液压变桨系统的动力支持，液压原理图如图所示。

从中可以看出，通过改变液压比例阀的电压可以改变进桨或退桨速度，在风力机出现故障或紧急停机时，可控制电磁阀闭合和打开，使储压罐中的液压油迅速进入变桨缸，推动桨叶达到顺桨位置。

图液压变桨距系统原理本系统中采用公司的系列为控制器。

发电机的功率信号由高速功率变送器以模拟量的形式对应功率输入到，桨距角反馈信号对应桨距角以模拟量的形输入到的模拟输入单元液压传感器也要以模拟量的形式输入。

在里选用了通用型模拟量的输入模块模拟量输出模块选用，输出信号为，将信号输出到比例阀来控制进桨或退桨速度用计数器测量发电机的转速，发电机的转速是通过检测与发电机相连的光电码盘，每转输出个脉冲，输入给计数器。

系统的软件设计本系统的主要功能都是由来实现的，当满足风力机起动条件时，发出指令使叶片桨距角从匀速减小当发电机并网后根据反馈的功率进行功率节，在额定风速之下保持较高的风能吸收系数，在额定风速之上，通过调整桨距角使输出功率保持在额定功率上。

在有故障停机或急停信号时，控制风力机的调节与控制技术电磁阀和打开，关闭，使得叶片迅速变到桨距角为的位置。

风力机起动时变桨控制程序流程如图所示。

当风速高于起动风速时通过模拟输出单元向比例阀输出电压，使叶片以的速度变化到。

此时，若发电机的转速大于或者转速持续分钟大，则桨叶继续进桨到位置。

检测到高速计数单元的转速信号大时发出并网指令。

若桨距角在到达后分钟未并网则由模拟输出单元给比例阀输出电压，使桨距角退到位置。

图风机启动时变桨距控制程序流程图发电机并上电网后通过调节桨距角来调节发电机输出功率，功率调节程序流程图如下图所示，当实际功率大于额定功率时，的模拟输出单元输出与功率偏差成比例的电压信号，使输出电压限制在对应变桨速度以内。

当功率偏差小于零时需要进桨来增大功率，进桨时给比例阀输出的最大电压为对应变桨速度。

为了防止频繁的往复变桨，在功率偏差在时不进行变桨。

在变桨距控制过程中，高风速段的变桨距调节功率是非常重要的部分，若退桨速度过慢则会出现过功率或过风力机的调节与控制技术电流现象，甚至会烧毁发电机若桨距调节速度过快，不但会出现过调节现象，使输出功率波动较大，而且会缩短变桨缸和变桨轴承的使用寿命。

会影响发电机的输出功率，使发电量降低。

在本系统中在过功率退桨和欠功率进桨时采用不同的变桨速度。

退桨速度较进桨速度大，这样可以防止大的阵风时出现发电机功率过高现象。

其程序流程图如图所示。

图变桨距调功程序流程图液压变桨距控制系统评估液压变桨距控制系统是种动力系统。

她在紧急情况下能够在无外部电力供应的情况下运转，而且由于只有少量的非典动部件，非常容易进行安全操作，其风力机的调节与控制技术抗震动和故障的效果很好。

在紧急停车时，其惯性运转时间得到了最大限度的缩短。

工作温度范围广大致在摄氏度之间。

相比较电动变桨距控制液压控制在很大程度上降低了生产成本。

同时其传动结构复杂，非线性现场严重，存在漏油，卡涩等问题，因而使维护不便。

电动变桨距控制系统设计国外大型风力发电机组尤其是兆瓦级以上的风力机组般采用电动变桨距控制技术，我国风力发电事业处于起步较晚，兆瓦级以上风电机组的电动变桨距控制系统尚处于初级阶段。

从目前来看电动变桨距控制主要有两种方案统变桨距和独立变桨距。

两者的控制思想策略致唯不同的就是其伺服结构不同，统变桨距是个控制器同时驱动多个般为三片桨叶的变桨，而在独立变桨距控制系统中每个桨叶都有其独立的伺服系统，也就是说每个叶片都有其独立的控制器结构，其在风能的利用率，对叶片的保护等各方面有很大的优势。

本设计以目前主流的兆瓦级风力发电机组变桨距控制技术为依据，以华锐风电科技有限公司的风力发电机组作为对象分别进行统和独立的变桨控制设计。

图电动变桨距系统结构图在电动变桨距控制系统中无论是统还是独立的变桨方案其伺服系统的结构基本致的，如图所示。

桨叶采用个带位置反馈的伺服电动机进行调节，绝对编码器采用光电编码器，安装在伺服电动机输出轴上，采集电动机的转动角度。

伺服电动机通过主动齿轮与叶片轮毅内齿圈相连，带动叶片进行转动，实现风力机的调节与控制技术对叶片的桨距角的直接调节。

在轮毅内齿圈的边上安装个非接触式位移传感器，用于测量内齿圈转动的角度，即叶片桨距角变化，当内齿圈转过个角度，非接触式位移传感器输出个脉冲信号。

变桨距控制是根据安装在电动机后方输出轴上的光电编码器所测的位移值进行控制，非接触式位移传感器作为的参考值，它直接反映的是叶片桨距角的变化，当光电编码器与非接触式位移传感器所测的数值不同时，控制器得知系统出现故障。

伺服电动机控制电路安放在支承板上，便于散热，正常情况下控制电路由外部电网供电，电源作为后备电源，如果系统控制电源断电出现故障时，电源切换给伺服电动机和控制系统供电，般在秒内可将叶片的桨距角调整到顺桨位置。

在电量耗尽时，继电器断路原来由电磁力吸合的制动齿轮弹出，制动叶片，保持叶片处于顺桨位置。

在风力发电机组正常工作时，继电器得电，电磁铁吸合制动齿轮，不起制动作用。

独立变桨距控制分析独立桨叶控制是区别于统变桨控制的另种变桨距控制方式。

与统变桨距控制相比，独立变桨距控制可单独对每个桨叶的桨距角进行独立控制。

有更好的利用风能，使功率输出更加平稳，改善桨叶受力情况等优势。

独立变桨距系统整体结构设计图独立变桨距系统整体结构图独立变桨距系统是利用电动机驱动实现的，本设计采用伺服电动机作为源动机，经过减速机，带动叶片顺时针或逆时针旋转，实现叶片的桨距角调节。

如图风力机的调节与控制技术所示，这种变桨距方案，每个桨叶都需要套独立的电动机减速机编码器驱动器，主控制器的作用是检测系统的当前状态，向三个驱动器发出桨距角调节的命令信号，继而驱动器通过伺服电机和传动系统调节桨距角的变化，以此实现变桨距的控制。

独立变桨距系统硬件连接设计如下图所示，其中主控制器与桨距控制器通过现场总线通信总线通过滑环连接主控制器根据风速发电机转速和电功率等发出桨距角参数命令经连接模块后送至桨距控制器，并通过执行电机实现桨距角的调整此外，桨距制器还将运行情况反馈给主控制器。

轮毂内的传感器包括速度传感器温度传感器位移传感器等，传感器信号通过连接模块反馈给主控制器。

机舱内的电源经滑环连接到上。

把交流电转换直流电，作为桨距控制器的电源和驱动器的控制电源，同时对电池充电。

图中桨距控制器由公司的系列及其运动控制模块和伺服驱动组成，三者共同组成电动变桨距伺服驱动与控制系统，它们之间通过光缆通信，系统内部可以实现精确的同步功能，确保系统整体的精度要求。

图独立变桨距系统硬件连接图独立变桨距控制系统结构设计变桨距控制分为两个控制阶段，并网前和并网后，如图所示在发电机并入电网时前，发电机转速由毕业论文写作十二忌毕业论文，是高校学生根据我国学位条例的有关规定，在毕业之前，结合本人的专业学习和科研方向，在老师的指导下独立完成的学术