风力发电机组偏航控制系统技术分析及应用
风力发电机组的控制系统
04
风力发电机组控制系统 的优化与改进
控制策略优化
优化控制策略是提高风力发电机组 效率的关键。
控制策略的优化主要涉及对风电机组 的启动、运行和停机阶段的控制逻辑 进行改进，以更好地适应风速的变化 ，提高发电效率和稳定性。
传感器优化
优化传感器是提高风力发电机组控制精度的必要步骤。
通过改进传感器的设计、提高其精度和可靠性，可以更准确地检测风速、风向、 温度、压力等参数，为控制系统提供更准确的数据，从而提高发电效率。
能源设备进行互联互通，实现能源的优化利用和节能减排。
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偏航控制
01
偏航控制是风力发电机组控制系统中的另一项关键技术， 其目的是在风向变化时，自动调整机组的朝向，以保持最 佳的捕风角度。
02
偏航控制通过实时监测风向和发电机组的朝向，采用适当 的控制算法，自动调节机组的偏航机构，以实现最佳的捕 风效果。
03
常用的偏航控制算法包括：基于风向标的偏航控制、基于 扭矩传感器的偏航控制和基于GPS的偏航控制等。这些算 法能够根据风向的变化情况，自动调整机组的朝向，使其 始终保持在最佳的捕风角度。
是整个控制系统的核心，负责接收传 感器数据、执行控制算法并驱动执行 机构。
I/O模块
用于接收和发送信号，实现与传感器 和执行机构之间的通信。
人机界面
提供操作员与控制系统之间的交互界 面，显示机组状态和参数。
数据存储器
用于存储运行数据，便于故障分析和 优化运行。
控制算法
最大功率跟踪算法
载荷限制算法
根据风速传感器数据，自动调整发电机转 速和桨距角，使机组始终在最佳效率下运 行。
03
02
桨距调节机构
根据控制系统的指令，调整风轮桨 距角。
风力发电机组偏航系统详细介绍
风力发电机组偏航系统详细介绍2012-12-15资讯频道偏航系统的主要作用有两偏航系统是水平轴式风力发电机组必不可少的组成系统之一。
使风力发电机组的风轮始终处于迎风状态，其一是与风力发电机组的控制系统相互配合，个。
以保障风力发其二是提供必要的锁紧力矩，充分利用风能，提高风力发电机组的发电效率；被动风力发电机组的偏航系统一般分为主动偏航系统和被动偏航系统。
电机组的安全运行。
舵轮常见的有尾舵、偏航指的是依靠风力通过相关机构完成机组风轮对风动作的偏航方式，常见的有主动偏航指的是采用电力或液压拖动来完成对风动作的偏航方式，和下风向三种；通常都采用主动偏航的齿轮驱动对于并网型风力发电机组来说，齿轮驱动和滑动两种形式。
形式。
1．偏航系统的技术要求1.1. 环境条件在进行偏航系统的设计时，必须考虑的环境条件如下：1). 温度；2). 湿度；3). 阳光辐射；雨、冰雹、雪和冰；4).5). 化学活性物质；机械活动微粒；6).盐雾。
风电材料设备7).近海环境需要考虑附加特殊条件。
8).应根据典型值或可变条件的限制，确定设计用的气候条件。
选择设计值时，应考虑几气候条件的变化应在与年轮周期相对应的正常限制范围内，种气候条件同时出现的可能性。
不影响所设计的风力发电机组偏航系统的正常运行。
1.2. 电缆必须使电缆有足够为保证机组悬垂部分电缆不至于产生过度的纽绞而使电缆断裂失效，电缆悬垂量的多少是根据电缆所允许的扭转角度确定的悬垂量，在设计上要采用冗余设计。
的。
阻尼1.3.偏航系统在机组为避免风力发电机组在偏航过程中产生过大的振动而造成整机的共振，阻尼力矩的大小要根据机舱和风轮质量总和的惯性力矩来偏航时必须具有合适的阻尼力矩。
只有在其基本的确定原则为确保风力发电机组在偏航时应动作平稳顺畅不产生振动。
确定。
阻尼力矩的作用下，机组的风轮才能够定位准确，充分利用风能进行发电。
1.4. 解缆和纽缆保护偏航系统的偏航动解缆和纽缆保护是风力发电机组的偏航系统所必须具有的主要功能。
风力发电机组偏航控制系统设计
风力发电机组偏航控制系统设计一、引言二、偏航控制系统的功能偏航控制系统的主要功能是实时监测风向，并控制风轮的转向，使其与风向保持一致。
具体功能包括以下几个方面：1.风向传感器：获取当前的风向信息。
2.控制算法：根据风向传感器的数据计算需要偏航的角度，并输出控制信号。
3.控制执行部分：根据控制信号，驱动偏航装置，使其实现风轮的转向。
三、偏航控制系统的设计要求1.稳定性：偏航控制系统需要保证在各种天气条件下都能稳定工作，即使在强风或恶劣天气下也能可靠控制风轮的转向。
2.灵敏性：系统需要快速响应风向变化，并及时调整风轮的转向，以最大化风能转化效率。
四、偏航控制系统的设计方案1.风向传感器的选取：选择高精度、高灵敏度的风向传感器，能够准确地获取当前的风向信息。
2.控制算法的设计：采用先进的控制算法，如模糊控制、PID控制等，根据当前风向和期望风向之间的差异，计算偏航的角度，并输出控制信号。
3.控制执行部分的设计：根据控制信号，选择合适的偏航装置，如电动执行器或液压执行器，进行风轮的转向控制。
五、偏航控制系统的实施和测试1.系统的实施：根据设计方案，搭建偏航控制系统的实验装置，进行系统的实施和调试。
2.系统的测试和评估：对实施后的偏航控制系统进行测试和评估，包括稳定性测试、灵敏性测试和抗干扰性测试等。
六、偏航控制系统的性能提升方案1.优化风向传感器：选择更高精度、更高灵敏度的风向传感器，以提高系统的测量精度和响应速度。
2.改进控制算法：采用更先进的控制算法，如模型预测控制、自适应控制等，进一步提高系统的控制精度和响应速度。
3.优化控制执行部分：选择更高性能的偏航装置，如脉冲宽度调制执行器等，以提高风轮转向的准确性和稳定性。
七、结论本文详细介绍了风力发电机组偏航控制系统的设计，包括系统的功能、设计要求和设计方案等。
通过实施和测试，可以验证系统的性能，并提出性能提升方案，进一步提高系统的稳定性和效率，为风力发电行业的发展做出贡献。
风力发电机及偏航系统
风力发电机及偏航系统引言：风力发电是一种利用风能将其转化为电能的发电方式。
它是一种环保、可再生的能源，可以帮助减少对传统化石燃料的依赖，并减少排放。
风力发电机是风力发电的核心设备，而偏航系统是确保风力发电机能够高效运行的关键部件。
本文将从风力发电机的原理、构造和工作原理以及偏航系统的功能、原理和优化等方面进行阐述，以帮助读者更好地理解风力发电机及偏航系统的工作原理与应用。
一、风力发电机1.原理2.构造3.工作原理当风力吹过风力发电机的叶片时，叶片产生升力，并形成一个扭转力矩。
这个扭转力矩通过轴传递给发电机，进而带动发电机转子旋转。
转子内部的磁场与绕组相互作用，产生感应电动势，从而产生电能。
二、偏航系统1.功能偏航系统是风力发电机中的重要部分，其主要功能是使风力发电机始终面向风向，以利用风能的最大化。
偏航系统可以通过调整发电机的方向来适应风的变化，确保叶片始终相对于风的方向。
2.原理偏航系统通常由风向传感器、控制器和驱动器等组成。
风向传感器负责感知风的方向，控制器根据风向数据和预设参数进行判断和计算，驱动器则通过调整发电机的方向来控制风力发电机的偏航。
3.优化为了提高风力发电系统的效益，偏航系统的优化也尤为重要。
通过采用更先进的风向传感器、控制算法和驱动器技术，可以提高偏航系统的准确性和响应速度，进而提高风力发电机的发电效率。
结论：风力发电机及偏航系统是风力发电的重要组成部分，其工作原理和优化对风力发电系统的效益起到至关重要的作用。
理解和掌握风力发电机及偏航系统的原理和应用，对于推广和应用风力发电具有重要的指导意义。
随着技术的不断进步，风力发电的效率和可靠性将继续提升，为可持续发展和环境保护做出积极贡献。
偏航系统
4.3 偏航系统偏航系统是风力发电机组特有的伺服系统，是风力发电机组电控系统必不可少的重要组成部分。
它的功能有两个：一是要控制风轮跟踪变化稳定的风向；二是当风力发电机组由于偏航作用，机舱内引出的电缆发生缠绕时，自动解除缠绕。
风力机偏航的原理是通过风传感器检测风向、风速，并将检测到的风向信号送到微处理器，微处理器计算出风向信号与机舱位置的夹角，从而确定是否需要调整机舱方向以及朝哪个方向调整能尽快对准风向。
当需要调整方向时，微处理器发出一定的信号给偏航驱动机构，以调整机舱的方向，达到对准风向的目的。
风力机发电机组的偏航系统是否动作，受到风向信号的影响，而偏航系统及其部件的运行工况和受力情况也受到地形状况影响。
本章主要阐述偏航控制系统的功能、原理、以及影响偏航系统工作的一些确定的和不确定的因素。
4.3.1 偏航系统的工作原理偏航系统的原理框图如图4-11 所示，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。
图4-11 偏航系统硬件设计框图4.3.1 偏航控制系统的功能偏航控制系统主要具备以下几个功能：（1）风向标控制的自动偏航；（2）人工偏航，按其优先级别由高到低依次为：顶部机舱控制偏航、面板控制偏航、远程控制偏航；（3）风向标控制的90°侧风；（4）自动解缆；4.3.2 偏航系统控制原理风能普密度函数为：432222||1K i W i W S S V ωφωππφ=⎡⎤⎛⎫⎢⎥+ ⎪⎢⎥⎝⎭⎣⎦（1） 其中，1()2i i ωω=-⋅∆，风波动频率；ω∆—积分步长；K S —表面张力因数； φ—风波动范围因数；W V —平均风速。
平均风速W V 附近的瞬时风速()Wv t 为：1()2co s()n W i i i v t t ωφ==⋅+∑（2）对于时变量i 而言，i φ为自由独立变量，0<i φ<2π，n 为积分步长数量。
风力发电偏航控制系统讲解
风力发电偏航控制系统的研究0 引言风能是一种清洁能源，在人类实现可持续发展中有着重要作用，由于它的作用大，故此吸引的许多人的开发，风力发电更是受到广大的青睐。
其可靠优秀可靠优秀也被更多人认识。
本文主要是对风力偏航控制系统的组成和原理做一个简单的了解，偏航系统主要是由偏航控制机构和偏航驱动机构两大部分组成，控制机构包括风向传感器，偏航控制器，解缆传感器组成，而驱动机构是由偏航轴承，偏航驱动装置，偏航制动器组成。
本课题也是在了解了风力发电的一些基本原理的前提下面，进一步对偏航做一个更好的认识，了解简单的控制流程。
同样就风力在全世界的快速发展，因此带动了一大批产业的崛起，它对世界经济的上升带来了不可忽视的重大作用。
1 风力发电概况1.1 国外风力发电的发电根据全国风能理事会发布的全球风电市场装机数据，2011 年，全球新增风电装机达到237669MW 。
这一数据表明全球累计装机实现了21%的年增长，新装数据达到6%。
到目前，全球75 个过国家有商业运营的风电装机，其中22 个国家的装机容量超过1000MW。
996~2011年全球风电发展情况如图1-1和图1-2。
图1-1 1996~2011年全球风电每年新增装机容量图1-2 1996~2011年全球风电每年累计装机容量1.2国内风力发电的发展风电行业在2011年仍然保持了较快的发展，根据不完全统计，截止到2011 年12月末，中国风电累计装机容量达6580.21万千瓦（包括已经并网发电和等待并网发电），分布在31个省、直辖市、自治区和特别行政区。
其中，广州和四川在2011年填补了无风电的空白。
累计风电装机超过200万千瓦的省级地区有10个，其中内蒙古风电装机容量以1853.63万千瓦位居第一，河北与甘肃分别位居第二和第三。
累计风电装机容量前10位省级地区的合计装机容量达到5671.45 万千瓦，占全国累计风电装机容量的86.19%如图1-3。
758, 25■ &n 64 ■ 396. 17 360.25262. It ^36. b4 :?5.5： 書皴地区名称丿 图1-3 2011年底中国升级地区累计风电装机容量前十位2偏航系统2.1偏航系统概述偏航系统是水平轴式风力发电机组不可缺少的组成之一。
风力发电机组偏航系统探究与优化
风力发电机组偏航系统探究与优化摘要：可再生能源的异军突起，风力发电被广泛应用，风力发电机组的容量己普遍达到兆瓦级别，因此风力发电机组的稳定性尤为重要，尤其是偏航系统，偏航系统对风的准确性直接影响机组的发电效率。
目前风力发电机组关于风向偏航控制主要是基于风向标进行的控制，而风向标的控制误差值较大，还有风向标控制的相关数据都是非线性的。
也就是说在小范围以内，风向标的控制精度较低，影响了风电机组对风能的获取。
因此探讨怎样提高对风精度，对进一步增加发电量具有重要意义。
所以，偏航控制技术的探究和优化，对改善风能捕捉、确保机组安全使用具有一定现实意义。
1本文的研究意义主要体现（1）有效缓解风力发电机组在使用中出现运行不稳定的情况；（2）小范围风向变化以内，缓解风向标的控制精度较低的情况，提高对风精度，增加发电量。
（3）改善风能捕捉、确保机组安全使用。
2风电机组的三种控制技术定桨距控制技术：机组桨叶的桨距角受安装位置等限制保持一个定值，许可的风速变化范围以内，控制系统则不会做出具体控制，技术简化明了。
变桨距控制技术：在机组刚启动运行时就可以实现对转速的跟踪控制，并网以后实现对功率的跟踪控制，大大改善了机组风机的启动特性以及功率变化情况。
变速恒频技术：跟踪控制机组的转速和功率，而直接以采集到的风速信号为机组控制的输入量来跟踪变化，当机组在额定风速以下运行时，可以达到最优功率变化的跟踪控制，这样可以保证风电机组获得最大的风能资源，提高风能利用率；当机组在额定风速以上运行时，变速控制可以使得控制系统更具有柔性，进而确保系统输出稳定的功率。
3偏航系统概述1.偏航系统。
风力发电机组要在最佳的载荷情况下最大限度的捕获风能，输出较多的电量，必须要保证机组在安全的环境下正常稳定地运转工作，在风力发电机组控制系统研究时，变桨的动作和发电机的转速相关，而风向的特性和偏航系统相关，偏航系统的控制是通过风向标实现的。
利用风向标传感器来监测风的方向，偏航控制器通过采集监测到的风信号，并分析判断风信号和风轮轴向之间的偏移角度，然后输出偏航控制信号，从而带动机组将叶轮的轴向和风向位置调整到同一位置上，进而实现对风目的。
风力发电机组偏航系统
风力发电机组偏航系统偏航系统的功能是驱动风轮跟踪风向的变化，使其扫掠面始终与风向垂直，以最大限度地提升风轮对风能的捕获能力。
偏航系统位于塔架和主机架之间，一般由偏航轴承、偏航驱动装置、偏航制动器、偏航计数器、纽缆保护装置、偏航液压装置等几个部分组成，结构简图如图2-17所示，包含外齿驱动[图2-17（a）]和内齿驱动[图2-17（b）]两种形式。
当风向改变时，风向仪将信号传输到控制装置，控制驱动装置工作，小齿轮在大齿圈上旋转，从而带动机舱旋转使得风轮对准风向。
机舱可以两个方向旋转，旋转方向由接近开关进行检测。
当机舱向同一方向偏航的角度达到700°（根据机型设定）时，限位开关将信号传输到控制装置后，控制机组快速停机，并反转解缆。
偏航驱动装置可以采用电动机驱动或液压马达驱动，制动器可以是常闭式或常开式。
常开式制动器一般是指有液压力或电磁力拖动时，制动器处于锁紧状态；常闭式制动器一般是指有液压力或电磁力拖动时，制动器处于松开状态。
采用常开式制动器时，偏航系统必须具有偏航定位锁紧装置或防逆传动装置。
图2-17 偏航系统结构简图1.偏航轴承偏航轴承的轴承内、外圈分别与机组的机舱和塔体用螺栓连接。
轮齿可采用内齿或外齿形式。
内齿形式是轮齿位于偏航轴承的内圈上，啮合受力效果较好，结构紧凑；外齿形式是轮齿位于偏航轴承的外圈上，加工相对来说比较简单。
具体采用哪种形式应根据机组的具体结构和总体布置进行选择。
偏航齿圈结构简图如图2-18所示。
（1）偏航齿圈的轮齿强度计算方法参照DIN3990—1970《圆柱齿轮和圆锥齿轮承载能力的计算》和GB 3480—1997《渐开线圆柱齿轮承载能力计算方法》及GB/Z 6413.2—2003《圆柱齿轮、锥齿轮和准双曲面齿轮胶合承载能力计算方法：第2部分》进行计算。
在齿轮的设计上，轮齿齿根和齿表面的强度分析，应使用以下系数：图2-18 偏航齿圈结构简图＞1.0；对轮齿齿根断裂强1）静强度分析。
风电偏航变桨介绍
根据电网需求和系统运行状态，调整叶片角度， 实现对发电量的稳定控制，确保电网的安全与稳 定。
最大风能捕获
根据风向和风速的变化，自动调节叶片角度，使 风机始终处于最佳的迎风状态，最大化捕获风能 。
载荷控制
通过调节叶片角度，减轻风机在强风、暴风等极 端天气下的载荷，保护风机设备不受损坏。
工作原理
负责接收传感器数据、计算最 佳叶片角度，并驱动执行机构 。
执行机构
包括变桨电机、齿轮箱等，根 据控制系统指令调节叶片角度 。
通讯系统
用于控制系统与上位机或其他 相关设备之间的数据传输和指
令交互。
02 偏航系统介绍
偏航系统的功能
控制风轮偏转
偏航系统的主要功能是控制风轮的偏转，使其能够跟随风向变化， 保持最佳的迎风角度，从而提高风能利用率。
预防性ห้องสมุดไป่ตู้护的重要性
预防潜在故障
预防性维护能够及时发现和解决潜在的故障和问题，避免设备在运 行过程中出现故障，从而提高风电偏航变桨系统的可靠性和稳定性。
延长设备寿命
通过定期的维护和检查，可以延长风电偏航变桨系统的使用寿命， 降低更换和维护成本。
提高发电效率
风电偏航变桨系统的正常运行是提高发电效率的关键。通过预防性维 护，可以确保系统始终处于最佳状态，从而提高发电效率。
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润滑保养
对变桨系统的轴承、齿轮等运动 部件进行润滑保养，以减少磨损
和摩擦，延长设备使用寿命。
预防性维护
根据设备运行情况和厂家推荐的 维护周期，进行预防性的维护和 保养，如更换磨损件、清洁和校 准等，以确保变桨系统的可靠性
和性能。
04 风电偏航变桨系统的应用
风力发电机变浆与偏航技术应用研究
风力发电机变浆与偏航技术应用研究近年来，风力发电已经成为可再生能源领域的主要发展方向之一、为了提高风力发电机的效率和稳定性，研究人员不断努力改进风力发电机的变浆与偏航技术应用。
本文将从风力发电机的变浆技术和偏航技术两个方面进行探讨。
首先是风力发电机的变浆技术。
风力发电机变浆技术旨在调整风轮叶片的角度，使其能够更好地捕捉风能。
目前，常见的变浆技术有机械调节和智能调节两种。
机械调节是传统的变浆技术，它通过调整风轮叶片的角度来适应不同的风速和风向。
机械调节的优点是结构简单，成本较低，适用于各种规模的风力发电机。
然而，机械调节的劣势也很明显，首先是响应速度较慢，难以实时跟踪风的变化。
其次，机械调节需要定期维护和检修，增加了运维成本。
智能调节是一种新兴的变浆技术，它利用传感器和控制系统来实现自动调节风轮叶片角度的功能。
智能调节技术可以根据风的变化实时调整叶片的角度，从而提高风力发电机的功率输出和能量利用率。
智能调节技术的优点是可实现实时响应，提高发电效率，并且对风力发电机本身的结构要求较低。
但是，智能调节技术的不足之处在于价格较高，且需要依赖电力供应，存在一定的可靠性和安全性问题。
其次是风力发电机的偏航技术。
偏航技术是指通过调整风力发电机的方向来适应风向变化，进而提高风能的捕捉效率。
目前，常见的偏航技术有机械偏航和主动偏航两种。
机械偏航是一种传统的偏航技术，它通过机械装置使风力发电机始终面向风的方向。
机械偏航技术的优点是结构简单，可靠性高，适用于各种规模的风力发电机。
然而，机械偏航技术的缺点也是很明显的，由于机械部件的摩擦和磨损，随着使用时间的增加，偏航精度会逐渐下降。
此外，机械偏航技术对风速和风向变化的响应较慢，不能实现快速响应和优化偏航。
主动偏航是一种新兴的偏航技术，它利用传感器和控制系统来实现智能自动调节风力发电机的朝向。
主动偏航技术能够实时监测风的方向并调整风力发电机的朝向，以保持最佳捕风姿态。
主动偏航技术的优点是响应速度快，能够实现自动化操作，提高发电效率。
偏航系统的作用
偏航系统的作用偏航系统是风力发电机组特有的伺服系统。
它主要有两个功能：一是使风轮跟踪变化稳定的风向;二是当风力发电机组由于偏航作用，机舱内引出的电缆发生缠绕时，自动解缆。
偏航控制系统偏航系统是一个随动系统，风向仪将采集的信号传送给机舱柜的PLC的I/O板，计算10分钟平均风向，与偏航角度绝对值编码器比较，输出指令驱动四台偏航电机（带失电制动），将机头朝正对风的方向调整，并记录当前调整的角度，调整完毕电机停转并启动偏航制动。
偏航控制系统框图如下图所示：下文将对偏航控制系统的各机构进行分析：1、风速仪风力发电机组应有两个可加热式风速计。
在正常运行或风速大于最小极限风速时，风速计程序连续检查和监视所有风速计的同步运行。
计算机每秒采集一次来自于风速仪的风速数据；每10min计算一次平均值，用于判别起动风速和停机风速。
测量数据的差值应在差值极限1.5m/s以内。
如果所有风速计发送的都是合理信号，控制系统将取一个平均值。
2、风向标风向标安装在机舱顶部两侧，主要测量风向与机舱中心线的偏差角。
一般采用两个风向标，以便互相校验，排除可能产生的误信号。
控制器根据风向信号，起动偏航系统。
当两个风向标不一致时，偏航会自动中断。
当风速低于3m/s时，偏航系统不会起动。
3、扭揽开关扭缆开关是通过齿轮咬合机械装置将信号传递PLC进行处理和发出指令进行工作的。
除了在控制软件上编入调向记数程序外，一般在电缆处安装行程开关，当其触点与电缆束连接，当电缆束随机舱转动到一定程度即启动开关。
以国内某知名公司生产的1.5MW风机为例，当机身在同一方向己旋转2转(720度)，且风力机不处在工作区域(即10分钟平均风速低于切入风速) 系统进入解缆程序。
解缆过程中，当风力机回到工作区域(即10分钟平均风速高于切入风速)，系统停止解缆程序，进入发电程序，但当机身在同一方向己旋转2.5转(900度)偏航限位动作扭缆保护，系统强行进入解缆程序，此时系统停止全部工作，直至解缆完成。
风电机组偏航系统
风电机组偏航系统
偏航系统是指风力发电机组在风向变化时保持一定的航向，使风电机
组的发电效率达到最优。
偏航系统由控制系统和驱动系统组成，它是指整
个风电机组的调节系统，它的作用是在自动把叶片中小的旋转和转向偏转
加以调节，以期达到最佳发电效果。
偏航系统的控制系统通常由一个传感器、一个控制器和一个两轴俯仰
控制器组成，控制器的逻辑由传感器收集的信息传输给俯仰控制器，从而
实现叶片旋转和偏转的自动控制。
驱动系统是指叶片旋转时的驱动机构，由驱动电机和传动机构组成，
它接受控制器传来的舵角控制信号，进而控制驱动电机的运行，实现叶片
的自动偏转。
另外，偏航系统还需要安装一个或者多个传感器，用以检测风向变化
并将信息传递给控制器，以便根据当前的风向变化对叶片进行相应的调节。
传感器的工作原理是检测风向，通过磁力计、陀螺仪或者红外传感器，将
信息传递给控制器，从而实现叶片的自动偏转和调节。
风力发电机偏航控制系统的研究
风力发电机偏航控制系统的研究一、本文概述随着全球对可再生能源需求的持续增长，风力发电作为一种清洁、可再生的能源形式，已在全球范围内得到了广泛的关注和应用。
风力发电机（Wind Turbine）作为风力发电系统的核心设备，其运行效率和稳定性对于整个系统的性能至关重要。
偏航控制系统作为风力发电机的重要组成部分，对于确保风电机组的安全运行和最大化能量捕获具有关键作用。
本文旨在深入研究风力发电机偏航控制系统的原理、设计及其在实际应用中的性能表现。
文章首先介绍了风力发电机的基本工作原理和偏航控制系统的基本构成，为后续的研究提供了理论基础。
接着，文章详细分析了偏航控制系统的关键技术和控制策略，包括传感器技术、执行机构、控制算法等，并探讨了这些技术和策略对风力发电机性能的影响。
在此基础上，文章通过实验和仿真研究，评估了不同偏航控制策略在实际应用中的效果，为优化风力发电机偏航控制系统提供了有益的参考。
文章还讨论了风力发电机偏航控制系统面临的挑战和未来的发展趋势，为相关领域的研究者和工程师提供了有价值的参考信息。
通过本文的研究，期望能够为风力发电机偏航控制系统的设计、优化和应用提供有益的指导，推动风力发电技术的发展，为实现全球能源转型和可持续发展做出贡献。
二、风力发电机概述风力发电机是一种利用风能转换为电能的装置，其工作原理基于风的动力学特性和电磁感应原理。
风力发电机通常由风轮（也称为风叶或转子）、发电机、塔筒和基础等部分组成。
风轮由多个风叶组成，当风吹过风叶时，风叶受到风力作用而旋转，进而带动发电机转动，发电机中的磁场与导体产生相对运动，根据电磁感应原理，导体中会产生感应电动势，从而产生电能。
风力发电机具有清洁、可再生、无污染等优点，是当前全球范围内大力推广的可再生能源发电方式之一。
风力发电机的装机容量和单机容量不断增大，技术也在不断进步，从最初的定桨距失速型发展到变桨距调节型，再到目前最先进的主动偏航控制系统，风力发电机的性能和稳定性得到了显著提升。
[知识]风机偏航结构及作用
![[知识]风机偏航结构及作用](https://img.taocdn.com/s3/m/71da722742323968011ca300a6c30c225901f012.png)
风力发电机组偏航系统的结构与作用风力发电机组偏航系统的结构与作用偏航系统是一个随动系统，风向仪将采集的信号传送给机舱柜的PLC的I/O板，计算10分钟平均风向，与偏航角度绝对值编码器比较，输出指令驱动四台偏航电机（带失电制动），将机头朝正对风的方向调整，并记录当前调整的角度，调整完毕电机停转并启动偏航制动。
偏航控制系统框图如下图所示：下文将对偏航控制系统的各机构进行分析：1、风速仪风力发电机组应有两个可加热式风速计。
在正常运行或风速大于最小极限风速时，风速计程序连续检查和监视所有风速计的同步运行。
计算机每秒采集一次来自于风速仪的风速数据；每10min计算一次平均值，用于判别起动风速和停机风速。
测量数据的差值应在差值极限1.5m/s以内。
如果所有风速计发送的都是合理信号，控制系统将取一个平均值。
2、风向标风向标安装在机舱顶部两侧，主要测量风向与机舱中心线的偏差角。
一般采用两个风向标，以便互相校验，排除可能产生的误信号。
控制器根据风向信号，起动偏航系统。
当两个风向标不一致时，偏航会自动中断。
当风速低于3m/s时，偏航系统不会起动。
3、扭揽开关扭缆开关是通过齿轮咬合机械装置将信号传递PLC进行处理和发出指令进行工作的。
除了在控制软件上编入调向记数程序外，一般在电缆处安装行程开关，当其触点与电缆束连接，当电缆束随机舱转动到一定程度即启动开关。
以国内某知名公司生产的1.5MW风机为例，当机身在同一方向己旋转2转(720度)，且风力机不处在工作区域(即10分钟平均风速低于切入风速) 系统进入解缆程序。
解缆过程中，当风力机回到工作区域(即10分钟平均风速高于切入风速)，系统停止解缆程序，进入发电程序，但当机身在同一方向己旋转2.5转(900度)偏航限位动作扭缆保护，系统强行进入解缆程序，此时系统停止全部工作，直至解缆完成。
当风速超过25 m/s时，自动解缆停止。
自动解除电缆缠绕可以通过人工调向来检验是否正常。
浅谈风力发电机组偏航系统现场运行技术应用
浅谈风力发电机组偏航系统现场运行技术应用摘要：风能作为一种清洁的可再生能源，越来越受到世界各国的青睐和关注，尤其对于水资源、煤炭资源匮乏的山区、牧区、高原地带，风力发电已成为首选的能源供给模式。
但是，风力发电机组在运转过程中，风速矢量的方向极易发生改变，以至于影响电力能源的获取量，而偏航系统作为风力发电机舱的重要组成部分，能够快速平稳的对准风向，使风轮获取最大风能，提高电力能源的供给量。
因此，本文将借助风力发电机组实例，对偏航系统的现场运行技术以常见故障的远程处理方式展开论述。
关键词：风力发电；偏航系统；现场运行技术本文以国内某风电场二期投产的风力发电机组为例，阐述偏航系统的现场运行技术要点。
该风力发电机组采用MY 2.0-121/80型低风速双馈异步风力发电机组，当发电机组运行时，每秒钟的切入风速为3米，切出风速为每秒钟25米，当风机运行环境温度在10℃以下时，风速达到每秒钟9米时，风机即可满负荷运转。
该风电机组的偏航系统由4台电机组成，功率为690V·4.5KW，当风机启动运行后，在偏航系统自动控制功能的作用下，风电机组能够自动实现偏航对风。
1风力发电机组偏航系统现场运行技术要点1.1 自动偏航系统工作原理在风电机组运行的初始阶段，风速风向基准传感信号以绝对正北方向为准，随着风速风向的改变，风电机组内部的传感器将风速风向的改变量转化为弱电信号，同时传输至PLC。
而位于机舱位置的传感器同步将弱电信号传至PLC，然后通过数学函数计算确定风向角。
PLC依靠于风向角的差值向风电机组发出偏航指令。
通常情况下，风向角的角度等于0º或者360º时，说明机舱的对风位置正确，如果在5秒时间内，风向角在-15º—15º之间波动时，则说明风机处于正常运转状态，无需改变和调整偏航系统的工作程序。
如果以-15º和15º作为临界限值，当风向角在20秒的时间内始终保持在超限状态，则需要调整偏航系统的各项参数。
风力发电机及偏航系统
政策法规对产业发展影响分析
补贴政策
政府对风力发电产业的补贴政策，包括上网电价补贴、投资补贴等， 对产业发展起到了积极的推动作用。
税收政策
政府对风力发电产业实行的税收优惠政策，如增值税即征即退、所 得税优惠等，降低了企业的税收负担。
环保政策
政府对可再生能源和环保产业的支持政策，如碳排放权交易、绿色电 力证书等，为风力发电产业的发展提供了良好的政策环境。
多元化能源融合
未来风力发电将与其他能源形式进行 融合，形成多元化的能源供应体系。
05 行业标准与政策法规解读
国内外相关行业标准梳理
国际标准
包括IEC（国际电工委员会）制定的风 力发电机组相关标准，以及ISO（国 际标准化组织）制定的可再生能源和 风力发电相关标准。
国内标准
中国制定的风力发电机组相关标准，如 GB/T（国家推荐性标准）和NB/T（能源行 业标准）等，涵盖了风力发电机组的设计、 制造、试验、安装和运行等方面。
特点
清洁、可
风力发电机类型及结构
类型
水平轴风力发电机、垂直轴风力发电 机等。
结构
包括叶片、轮毂、齿轮箱、发电机、 塔筒、偏航系统等主要部件。
风力发电机性能指标
额定功率
发电机在额定风速下输 出的功率。
切入风速
发电机开始发电的最低 风速。
切出风速
为保护发电机而设定的 最高风速，超过此风速
机的发电量和运行稳定性。
案例二
某风电设备制造商对其偏航系统进 行了结构优化设计，降低了制造成 本并提高了市场竞争力。
案例三
某研究机构将智能化技术应用于偏 航系统，实现了对风力发电机的智 能监控和优化控制，取得了显著的 应用效果。
风电偏航系统对风力发电机组性能参数的影响分析
风电偏航系统对风力发电机组性能参数的影响分析引言：风力发电是目前被广泛应用的清洁能源之一，其中风力发电机组是核心设备。
风力发电机组的性能参数对于发电效率和发电成本具有重要影响。
而风电偏航系统作为风力发电机组的关键部件之一，对风力发电机组的性能参数也会产生一定的影响。
本文旨在分析风电偏航系统对风力发电机组性能参数的影响，并探讨其原因。
一、风电偏航系统的功能和原理风电偏航系统是指风力发电机组中用于调整发电机组转向的控制系统。
其主要功能是使发电机组总是朝向风的方向，以最大程度地利用风能。
其工作原理主要包括风向传感器测量风向的角度和风向控制器根据测量值控制发电机组转向。
风电偏航系统的有效运行对保证风力发电机组的正常发电具有重要意义。
二、风电偏航系统对风力发电机组性能的影响1. 发电效率风电偏航系统能够准确将发电机组转向风向，保证了发电机组正对风的方向，有效提高了风能的利用率。
风能利用率的提高对于风力发电机组的发电效率具有明显的影响。
实际数据分析表明，当风电偏航系统正常工作时，风力发电机组的发电量可提高10%以上。
2. 可靠性风电偏航系统作为风力发电机组的控制系统之一，对风力发电机组的可靠性具有重要影响。
一旦风电偏航系统出现故障，无法及时将发电机组转向风向，可能导致风力发电机组失去发电功能。
因此，风电偏航系统的可靠性对于风力发电机组的正常操作至关重要。
3. 安全性风力发电机组在运行过程中，如果没有风电偏航系统进行风向控制，可能出现风力过大导致发电机组损坏的情况。
风电偏航系统能够及时对风力进行感知并调整发电机组转向，从而保证机组在安全范围内运行，减少损坏和事故的发生。
4. 维护成本风电偏航系统的运行需要定期的检查和维护，以确保其正常工作。
虽然维护成本会增加一定的费用，但相比于发电效率的提升和机组的可靠性、安全性的提升，维护成本是可以接受的。
并且风电偏航系统的可维修性较好，维护过程相对简单，可以降低维护的工作量和成本。
风力发电机偏航系统控制
摘要能源、环境是当今人类生存和发展所要解决的紧迫问题。
风力发电作为一种可持续发展的新能源，不仅可以节约常规能源，而且减少环境污染，具有较好的经济效益和社会效益，越来越受到各国的重视。
由于风能具有能量密度低、随机性和不稳定性等特点，风力发电机组是复杂多变量非线性不确定系统，因此，控制技术是机组安全高效运行的关键。
偏航控制系统成为水平轴风力发电机组控制系统的重要组成部分。
风力发电机组的偏航控制系统，主要分为两大类：被动迎风偏航系统和主动迎风系统。
前者多用于小型的独立风力发电系统，由尾舵控制，风向改变时，被动对风。
后者则多用大型并网型风力发电系统，由位于下风向的风向标发出的信号进行主动对风控制。
本文设计是大型风力发电机组根据风速仪、风向标等传感器数据，对风、制动、开闸并确定起动，达到同步转速一段时间后，进行并网操作，开始发电。
本文介绍了风力机的偏航控制机构、驱动机构的基础上，采用PLC作为主控单元，设计了风电机组的偏航控制系统。
系统根据风向、风速传感器采集的数据，采取逻辑控制主动对风，实现了对风过程可控。
论文给出了基于风向标、风速仪的偏航控制系统的软硬件设计结果。
关键词：风力发电机；风向标；偏航控制系统；驱动机构目录第1章绪论 (2)1.1 课题的背景和意义 (2)1.2 国内风力发电的发展 (3)第2章风力发电机组系统组成及功能简介 (5)2.1 风力机桨叶系统 (5)2.2 风力机齿轮箱系统 (6)2.3 发电机系统 (7)2.4 偏航系统 (8)2.6 刹车系统 (8)2.8 控制系统 (8)第3章偏航控制系统功能和原理 (10)3.1 偏航控制机构 (10)3.1.1 风向传感器 (10)3.1.2 偏航控制器 (12)3.1.3 解缆传感器 (12)3.2 偏航驱动机构 (13)3.2.2 偏航驱动装置 (15)3.2.3 偏航制动器 (16)第4章偏航控制系统设计及结果分析 (18)4.1 偏航系统控制过程分析 (18)4.1.1 自动偏航 (18)4.1.2 90度侧风控制 (19)4.1.3 人工偏航控制 (20)4.1.4 自动解缆 (20)4.1.5 阻尼刹车 (21)4.2 偏航控制系统总体设计结构与思想 (22)4.3 偏航控制系统设计各组成器件简介、选型及原理 (22)总结与展望 (23)参考文献 (24)致谢 (24)第1章绪论1.1 课题的背景和意义人类社会发展的历史与能源的开发和利用水平密切相关，每一次新型能源的开发都使人类经济的发展产生一次飞跃。
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风力发电机组偏航控制系统技术分析及应用
风力发电作为可再生清洁能源，能够实现将风能进行转化为电能加以利用，在能源替代与节能减排的低碳电力发展中扮演重要角色。
风速具有概率随机性和参数模糊性的多重不确定性特征，需要对风力发电机组进行偏航控制，本文详细对风力发电机组偏航控制系统技术进行了分析，并介绍了风力发电机组偏航控制系统技术的相关应用情况。
标签：风力发电;机组;偏航;控制技术
0 引言
风能作为一种清洁的可再生能源而越来越受到人们的关注，作为风能利用的主要形式，风力发电备受瞩目。
风力发电过程中，风向可能会随时变化，这就需要对风电机组进行偏航控制。
偏航控制是在可用风速范围内对风电机组自动准确控制，从而提高风能的利用率。
目前偏航角度的测量通常采用电位计的方式进行，由于电位计的本身特性缺陷，以及电位计输出的信号极易受到外界的干扰，而且，电位计的长期使用也可能会使得偏航角度对应的信号出现异常，需要对偏航角度的测量方法加以改进，提高风力发电机组偏航控制系统的控制性能。
本文首先分析了风力风电机组的基本结构和基本原理，之后阐述了风力发电机组具体的偏航控制技术。
1 风力发电机组
1.1 海上风电概述
当下我国正在进行能源转型，走绿色发展道路已经成为共识，海上风电则是推动这一战略早日落地的重要力量。
对中国来说尤其如此，我国沿海11个省份的GDP约占全国的一半，总能耗也占全国的一半左右。
对于这些地区而言，海上风能资源丰富，新能源电力消纳能力强，大力发展海上风电将是加快能源转型进程的重要手段。
目前我国海上风电开发已经进入了规模化、商业化发展阶段。
我国海上风能资源丰富，根据全国普查成果，我国5～25米水深、50米高度海上风电开发潜力约2亿千瓦;5～50米水深、70米高度海上风电开发潜力约5亿千瓦。
根据各省海上风电规划，全国海上风电规划总量超过8000万千瓦，重点布局分布在江苏、浙江、福建、广东等省市，行业开发前景广阔。
近年来海上风电得到了大力发展，国家出台了多项政策鼓励发展海上风电，并走出国门开始与国外共同开发海上风电资源。
多项海上风电政策的发布将进一步促进海上风电的建设与发展。
2013-2017年，我国海上风电机新增容量和累计容量呈逐渐扩大的趋势。
2017年，新增装机319台，新增装机容量达到116万千瓦，同比增长96.5%，累计装机达到279万千瓦[2]。
未来一段时间，海上风电还有望进一步提速。
这种情况下，要保障我国海上风电又快又好地发展，仍有一些隐忧必须尽快排除。
首先是
政策环境需要优化，其次是必须强化创新力度，最后是加强对海上风电机组的性能，推动海上风电的进一步高质量发展。
1.2 风力发电机组的结构
近年来，传统能源不仅传出能源紧缺问题，更由于其污染气体的排放引发环境问题而让人深恶痛绝。
全球能源结构的转型势在必行，清洁能源正在逐渐取代传统能源的使用。
风力发电作为重要的能源形式，由于其具有节能减排，取之不尽的特性深受喜爱，未来风力发电发电在我国的应用范围将会进一步扩大。
对于风力发电机组，包括主轴、多级传动齿轮箱、联轴器、发电机，主軸、多级传动齿轮箱、联轴器、发电机依次顺接，主轴、多级传动齿轮箱、发电机上均设有加速度传感器，加速度传感器设有信号线连接头，信号线连接头与振动监测仪连接，这也是一种可以实时监控风电厂风力发电机组运行状况的设备。
2 风力发电机组的偏航控制技术
2.1 风力发电机组的控制方法
风电以其清洁环保的优势逐渐发展成目前被广泛认可的可再生能源，然而一些因素也制约了风电能源的使用和推广，其中风力发电机组的控制技术水平是需要解决的问题之一。
对于风力发电机组的控制方法，其包括以下步骤：步骤一是通过本地或远程通信系统，获取预估的风况特征值和风机运行状态初始值;步骤二是根据预估的风况特征值、风机运行状态初始值和风力发电机组控制参数，计算各时间点的风电机组的运行状态值;步骤三是将步骤二的风电机组的运行状态值与风电机组的设计安全阀值进行比较;步骤四是采取降低吸收功率系数和提高功率输出的方法，得到修正的风力发电机组控制参数;步骤五是将满足设计安全阀值的风力发电机组控制参数，作为最终风机控制系统的执行参数。
采用这种方法提高了风电机组响应速度，避免停机带来的能量损耗和机械载荷。
2.2 风力发电机组的偏航控制系统
风电目前的技术较为成熟，应用也较为广泛，在风力发电机组的偏航控制系统中，需要测量风力发电机组的偏航角度。
对于风力发电机组偏航角度的测量方法和装置，该方法需要获取风力发电机组偏航过程中偏航轴承齿轮带动小齿轮旋转时同步输出的至少两路脉冲信号。
根据该至少两路脉冲信号的周期特性，确定风力发电机组的偏航方向。
根据风力发电机组的偏航方向和该至少两路脉冲信号的脉冲数统计，确定风力发电机组的偏航角度。
采用这种方法，从而可以提高风力发电机组偏航角度的测量精度。
同时对于风力发电机被动式偏航制动系统，包括偏航制动器、偏航齿圈和机舱主结构，其特征在于偏航制动器通过高强度螺栓连接在机舱主结构上，且高强度连接螺栓孔分布为直线型;机舱主结构与偏航齿圈之间装有上摩擦片，上摩擦片支承整个机舱和风轮质量，并提供一部分摩擦制动力矩。
偏航制动器的卡钳体与偏航齿圈之间分别装有径向摩擦片和下摩擦片组件，径向摩擦片与偏航齿圈耦
合并起到径向弹性支承作用。
下摩擦片组件由下摩擦片、碟形弹簧组件和预紧机构组成，下摩擦片下面通过碟形弹簧组件连接预紧机构，由预紧机构的螺母来调节碟簧组件使下下摩擦片产生对偏航齿圈下表面的压紧力，与偏航齿圈下表面一起产生摩擦制动力矩。
3 风力发电机组偏航控制系统技术的应用
能源是人类社会赖以生存发展的资源之一。
由于全球能源形势日益严峻，各国都意识到能源在未来的发展竞争中将发挥日益重要的作用，纷纷加入到开发利用新能源的行列中。
风光等新能源的出现可以有效降低对传统化石能源的过分依赖，缓解当前的能源紧张形势，而且新能源具有对环境污染小和可持续发展等优势，在未来社会的能源结构中将占有重要地位。
风电作为一种可以持续利用的能源，具有清洁性的优点。
风电资源在我国分布十分富裕，随着对风电资源的不断利用和发展，我国并网风电发电系统的装机容量也不断增加。
针对我国目前的情况来说，对于并网风电发电系统的研究还不完善，需要加强对风力发电机组偏航控制系统技术的研究，提高风力发电机组的发电性能，扩大风力发电在实际电力系统中的应用。
在今后的风力发电机组中，应提高风力发电机组偏航控制系统的技术水平，采用先进的控制算法，使得风力发电机组并网后系统保持安全稳定运行。
4 结论
近年来风电的装机容量在不断扩大，风力发电在系统中的占比不断提高，可再生能源发电已经成为我国重要的能源形式之一。
本文系统分析了风力发电机组偏航控制系统的原理和具体的控制技术，在实际的风力发电机组偏航控制系统中可以加以应用。
参考文献
[1] 邢作霞，项尚，徐健，et al. 风电机组偏航系统实验平台[J]. 实验技术与管理，2019，036（006）：85-87.
[2] 陈思，郭鹏. 基于综合经济效益目标的风电机组偏航控制策略研究[J]. 动力工程学报，2019，39（4）：286-292.
[3] 李杰义，马丽，顾煜炯，et al. 基于决策树的风电机组偏航启停优化研究[J]. 可再生能源，2019（6）：65-66.。