风力发电机组偏航控制系统

0引言

作为一种无污染的可再生能源，风能开发有着巨大的经济、社会、环保价值和发展前景。随着社 会对能源的急剧需求，我国风力发电的单机容量已 发展到兆瓦级机组，控制方式从基本的定桨距失速 型控制转向变桨距控制，但与国际水平还有一定差 距。风力发电机设置偏航调向系统，可以使风轮最 大程度地保持迎风状态，从而高效地利用风能，进 一步降低发电成本，有效地保护风力发电机，是风 力发电机组电控系统必不可少的重要组成部分，故对其进行研究。

1.偏航控制系统原理

图1硬件系统设计

偏航系统的原理框图如图 1，工作原理为：通 过风传感器将风向的变化传递到偏航电机控制回路 的处理器里，判断后决定偏航方向和偏航角度，最 终达到对风目的。为减少偏航时的陀螺力矩，电机转速将通过同轴联接的减速器减速后，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，风传感器失去电信号，电机停止工作， 偏航过程结束。

2偏航控制系统设计

偏航系统可分为被动偏航和主动偏航 2 种类型，大型风力发电机组中采用主动偏航控制，即由 调向电机将风轮调至迎风位置。主动偏航需要测量 风向， 根据风向和风轮平面法线方向确定调向方向， 虽结构复杂，但迎风过程可控。

2.1 硬件系统设计

系统主电路采用 1 片 AT89C52 单片机和 3 片8255A 可编程并行 I/O 接口芯片组成，同时配以适 当的接口作为输入输出通道， 见图 2。 采用 MCS-51 单片机 AT89C52。 采用 2 片 8255A 分别用于信号输 入和风向传感器输入，第 3 片 8255A 作为信号的输 出口。接口分配需要根据偏航控制器的特点以及方 便连线。考虑到风力发电机组的工作条件恶劣，气 候环境复杂，并根据偏航系统的控制精度要求与特 点，选用光电型风传感器。测风装置包括风速和风 向传感器，以及横杆、电源、电缆元件。可测量 0～360°范围，符合 EMC 标准，内置电子捕获 8 位格 雷码和转换装置，携带变送器带加热，能够适合恶 劣环境的风速风向测量。

2.2软件设计流程

偏航系统的控制过程可以分为：风传感器控制的自动偏航、90°侧风、人工偏航、自动解缆和偏 航制动。自动偏航控制过程中，通过风传感给出的 风向输出信号，由单片机判定机舱与风向的偏离角 度，根据偏离的程度和风向传感器的灵敏度，给出 偏航控制命令。当风力发电机组的转速大于超速上 限时，作偏转 90°侧风控制，同时投入气动刹车， 脱网，转速降下来后，抱机械闸停机。人工偏航是 当自动偏航失败或风力机需要维修时，通过人工指 令来进行的偏航措施。不同的风力发电机需要解缆 时的缠绕圈数都有规定。解缆动作包括计算机控制 的凸轮自动解缆和纽缆开关控制的安全链动作计算 机报警 2 部分，偏航系统控制过程的主程序如图 3。

图3 主程序流程图

图 4偏航方向控制算法

3结束语

该系统使迎风调向准确稳定，为工程设计和实际应用提供了参考依据。同时，对延长调向机构的 寿命和提高发电量及发电效率， 有十分重要的意义。

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