兆瓦级风电机组偏航系统的设计
兆瓦级风电机组变桨系统的设计与实现
兆瓦级风电机组变桨系统的设计与实现武汉数字工程研究所、湖北宜昌供电局的研究人员李晓斌、李国成，在2015年第1期《电气技术》杂志上撰文，详细分析了变桨距系统的设计原理和组成，并在此基础上以非线性PID算法为控制核心,以Profibus总线和CAN总线作为通讯, 以超级电容作为后备电源，设计了兆瓦级风电机组变桨距系统，对变桨系统软件开发所涉及的运行模式划分为五类，并将研究结果应用于国内某风场，结果表明该系统满足风电机组对变桨系统位置和精度控制的要求。
1概述风力发电作为一种成熟的新型清洁能源，已经更多地被实际电网所吸纳。
但由于风能具有动态和不确定性，因此要求风力发电机组对所获取的风能进行实时控制，风电变桨距系统用来对风能进行控制，如何设计快速响应、高效可靠的变桨距系统就成为整机设计和运行的关键所在。
为了保障风力发电机组运行的安全，风电机组必须对获取的风能进行控制，传统定桨距风机是通过设计变桨叶片的失速特性来控制风机对风能的获取。
随着风机向大型化方向发展，现场总线控制技术、交直流电机数字控制技术的发展，风电机组风能获取控制已逐步转向为变桨距，即由过去的定桨失速控制转为变桨变速控制，变桨距控制技术已经成为大型风电机组控制的主流技术。
2风电变桨距系统原理（略）3变桨系统总体组成（略）变桨距系统载荷具有一定的不稳定特性。
系统要求变桨距角度改变响应快，变桨距静态起动力矩大，并要求能承受可能在运行过程中呈现的突发载荷。
一般变桨距系统由变桨电机、减速箱、变桨控制器、变桨驱动器、备用电源以及辅助接近开关，限位开关等组成。
根据上述要求，本文所设计的变桨系统采用三桨叶独立控制方式，如图2所示。
变桨电机的末端安装绝对值编码器,变桨系统每个叶片设置2度和88度的接近开关，91度和96度的限位开关。
主控安全链和变桨轮毂安全链之间具有硬接口连接，主控安全链通过1对24VDC信号与变桨轮毂安全链连接，一旦主控安全链失电，就会通过24VDC信号缺失告知每个变桨距柜主控安全链故障。
风力发电机偏航传动系统的设计与分析
湘潭大学兴湘学院毕业设计说明书题目：风力发电机偏航传动系统的设计与分析专业：机械设计制造及其自动化学号：15*名：***指导教师：***完成日期：湘潭大学兴湘学院毕业论文（设计）任务书论文（设计）题目：风力发电机偏航传动系统的设计与分析学号：15 姓名：李超众专业：机械设计制造及其自动化指导教师：彭锐涛系主任：刘柏希一、主要内容及大体要求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。
偏航系统是一个随动系统，风向仪将收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)，将机头朝正对的风向调整，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。
主要内容：1. 了解大中型风力发电机系统的结构和原理；2. 熟悉风力发电机偏航系统的工作原理及结构;3. 基于三维设计软件SolidWorks 完成减速箱偏航齿轮及轴承的设计，并运用SolidWorks/motion模块对包括这些零部件的偏航系统进行动力学仿真。
大体要求：字数要求：8000字以上图纸在两张A0以上。
二、重点研究的问题该设计的重点在于设计行星轮减速器；对内部零部件如行星轮、太阳轮、轴、内齿圈等进行设计计算并对轴承键等进行安全校核。
运用SolidWorks对其进行三维造型并运用三维造型对其进行运动仿真。
三、进度安排四、应搜集的资料及主要参考文献[1].程乃士主编.减速器和变速器设计与选用手册[M].北京：机械工业出版社，2007.[2].廖念钊，古莹蓭，莫雨松等主编.互换性与技术测量[M].北京：中国计量出版社，2007.[3].濮良贵，纪名刚主编.机械设计（第八版）[M].北京：高等教育出版社，2006.[4].徐灏主编.机械设计手册[M].北京：机械工业出版社，2006.[5].成大先主编.机械设计手册单行本[M].化学工业出版社，2004.[6].宫靖远主编.风电工程技术手册[M].北京：机械工业出版社，2007.[7].Erich Hau 编著.Wind [M].2005.[8].陈超祥主编.SolidWorks Motion运动仿真教程[M].北京：机械工业出版社，2012.[9].陈超祥主编.SolidWorks Simulation基础教程[M].北京：机械工业出版社，2012.[10].CAD\CAM\CAE技术联盟主编.SolidWorks 2012中文版从入门到精通[M].北京：清华大学出版社，2012.[11].姚兴佳主编.风力发电技术讲座[M].沈阳工业大学风能技术研究所，2006.湘潭大学兴湘学院毕业论文（设计）评阅表学号15 姓名李超众专业机械设计制造及其自动化毕业论文（设计）题目：风力发电机偏航传动系统的设计与分析湘潭大学兴湘学院毕业论文（设计）鉴定意见学号：15 姓名：李超众专业：机械设计制造及其自动化毕业论文（设计说明书）40 页图表15 张目录[摘要]本次毕业设计的任务是风力发电机偏航传动系统的设计与分析，通过设计计算和校核计算，完成了所有的数据，并绘制出了图纸。
兆瓦级风机偏航系统仿真分析与优化
仿 真结 果为依 据 ， 进 行铺 层优 化设 计 ， 降低 了叶 片应 力 ， 提 高 了使 用寿命 。 关键 词 ： 风机 ； 玻璃 钢 叶片 ； 疲 劳寿 命 ； 铺 层优 化
中图分 类号 ： Ｔ Ｋ ８ ３ 文 献标识 码 ： Ａ 文章 编号 ： ２ ０ ９ ５— ５ ０ ９ Ｘ（ ２ ０ １ ４ ） ０ ８— ０ ０ １ ８— ０ ４
随着全 球 温室效 应 的 １ ３ 益 严重 和石 油 、 煤 炭等
不可再 生 资源 的 １ ３益 匮乏 ， 世界 各 国正 １ ３益重 视新 兴绿 色能源 的 发 展 。风 力 发 电 以其 无 污 染性 和可 再 生 性受 到普 遍重 视 … 。 由于风 向总 是 时 刻变 化
的， 因此偏 航控 制 系统是 风 电机 组实 现高 效稳 定运 行 的关 键 。主 动偏 航 控 制 系统 能 够 控 制 风 电机 组 始终 跟踪 变化 的风 向来 实现最 佳对 风 ， 提 高风 力发
Ｄ Ｏ Ｉ ： １ ０ ． ３ ９ ６ ９ ／ ｊ ． ｉ ｓ ｓ ｎ ． ２ ０ ９ ５— ５ ０ ９ Ｘ ． ２ ０ １ ４ ． ０ ８ ． ０ ０ ５
兆 瓦 级 风 机 偏 航 系 统 仿 真 分 析 与 优 化
袁 溟‘ ， 杨 俊 ， 武 美萍
２ ０ ０ ４ ３ ６ ）
２ １ ４ １ ２ ２ ）
收 稿 日期 ２ ０ １ ４—０ ７— ０ ３
图１ 自动 偏 航 控 制 程 序 流程 图
时针 调 向时为 正 ， 逆 时针 调 向为负 。
２ 风力载荷计算
风 电机组 受力 载荷 计算 复杂 ， 根据 载荷 来源可
作者简介 ： 袁溟（ １ ９ ６ ９ 一） ， 男， 江西九江人 ， 上海飞机制造有限公 司工程师 ， 主要从事飞行器制造工艺及精益制造 工作 。
MW级风力发电机组偏航控制系统设计开题报告(可编辑修改word版)
本科生毕业设计（论文）开题报告题目：MW 级风力发电机组偏航控制系统设计姓名：陈晓学号：200806040201指导教师：陈景文班级：电气工程及其自动化081所在院系：电气与信息工程学院毕业设计（论文）开题报告表本课题的研究内容、方法、手段及预期成果1、本课题的研究内容：（1）熟悉风力发电机组系统的基本组成及功能。
（2）深入了解偏航控制系统的功能和原理，掌握偏航控制系统的结构和驱动机构。
（3）分析偏航过程并推导算法流程。
（4）对偏航控制系统分别进行软件和硬件设计。
2、本课题的研究方法与手段：（1）通过对风力发电机组尤其是偏航控制系统功能能和原理的研究，深入了解偏航控制系统在风力发电机组中的作用及其结构。
（2）为有效地设计偏航控制系统，还需比较各种对风控制器的优缺点，从而找出一种比较适当的控制算法，设计控制器，画出流程图。
并采用仿真软件，针对双馈风力发电机组进行仿真实验，从而对比此方法是否有效。
（3）由于启动和并网的需要，大型风力发电机组需要根据风速仪、风向标等传感器数据，对风、制动、开闸并确定启动，达到同步转速一段时间后，进行并网操作，开始发电。
这就要求只有在风向变化时，才需要偏航，而风速变化引起功率变化时，偏航系统不需要动作。
所以风速变化在程序设计时需要考虑。
（4）随着系统的控制性能不断提升，采用单片机作为偏航控制系统已经逐渐被性能更好、处理速度更快、是实行更高的DSP 和嵌入式系统所代替。
因此本设计硬件电路系统准备采用DSP 作为系统偏航控制器。
3、本课题的预期成果：（1）熟悉风力发电技术。
（2）基于新型算法综合考虑后进行偏航控制系统的软件设计。
（3）偏航控制系统与风力发电机组的控制系统相互配合，使风轮始终处于迎风状态，提高风力发电机的发电效率，保障风力发电机组的安全运行。
究类；理论研究类；软件工程类。
2、此表由学生填写，交指导教师签署意见后方可开题。
本科生毕业设计（论文）开题报告考核一、指导教师对开题报告的评语：指导教师2013 年 月 日二、开题报告答辩评语及成绩:答辩小组负责人2013 年 月 日成绩。
MW级风力发电系统偏航控制器的硬件设计
MW级风力发电系统偏航控制器的硬件设计关 开(华北电力大学,河北石家庄 050000) 摘 要:本文中利用PLC 作为偏航控制器,单片机为主的外围电路作为P LC 的信号转换和处理单元。
通过对各种信号的转换、处理,匹配成PLC 能够接受的信号,再通过P LC 实现的偏航控制程序,输出相应的控制信号控制执行机构,来达到自动对风的目的。
关键词:风能;偏航控制器;单片机 中图分类号:T K83 文献标识码:A 文章编号:1006—7981(2012)12—0074—02 风能作为一种清洁的可再生能源,越来越受到世界各国的重视。
其蕴量巨大,全球的风能约为2×107MW,其中可利用的风能为2.74×109MW 。
如何有效、高效的利用风能就是偏航控制系统所要解决的问题。
偏航控制器是偏航控制系统的控制机构,在偏航控制系统的信号下,做相应的动作。
由于风力机所处的工作环境比较特殊,一般情况下都是些恶劣的自然气候如大风,冰雹等,所以对控制器的抗扰动要求就比较严格。
在恶劣环境中不受影响的或能把影响限制在最小范围是偏航控制器最基本要求。
1 偏航控制系统简介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。
偏航系统的主要作用有两个:其一是与风力发电机组的控制系统相互配合,使风力发电机组的风轮始终处于迎风状态,充分利用风能,提高风力发电机组的发电效率;其二是提供必要的锁紧力矩,以保障风力发电机组的安全运行。
偏航系统一般由偏航轴承、偏航驱动装置、偏航制动器、偏航计数器、纽缆保护装置、偏航液压回路等几个部分组成。
偏航控制系统主要具备以下几个功能:风向标控制的自动偏航;风向标控制的90°侧风;自动解缆;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。
图1 偏航控制系统框图偏航控制系统是一个随动系统,是风力发电机组电控系统的重要组成部分。
偏航控制系统可实现在规定风速范围内自动准确对风,在非可用风速范围内能够90°侧风,在连续跟踪风向可能造成电缆缠绕的情况下自动解缆,从而使风力发电机能够平稳可靠的运转,高效地利用风能,节约了大量能源,进一步降低发电成本并且有效地保护风力发电机。
风力发电机偏航控制系统的设计
图 6 90°背风的控制算法流程图 当有特大强风发生时，需停机并释放叶尖扰流器或将桨距角调到
参考文献 ［1］许凌峰.变桨距风力发电机组智能控制研究［D］.北京：华北电 力大学，2008. ［2］金长生.风力发电机偏航控制系统的研究［D］.大连:大连理工大 学，2010. ［3］马小英.MW 级双馈风电机组偏航控制系统的优化及仿真［D］. 兰州:兰州理工大学，2010. ［4］张嘉英，王文兰，蔡永刚.风力发电机组偏航控制系统［J］.兵工 自动化,2009,28（11）:54-55. ［5］魏列江，张振华，胡晓敏等.中小型风力机偏航控制系统设计 ［J］.西华大学学报,2011,30（2）:75-77. ［6］常杰，孟彦京，朱玉国等.MW 级风力发电机组偏航控制系统的 设计［J］.陕西科技大学学报,2009（, 4）:76-79.
参考文献 ［1］叶澜.教育研究方法论初探.上海人民教育出版社 ［2］高等数学研究.高等数学编辑部，2010 年 11 月 ［3］张顺燕.数学的思想、方法和应用.北京大学出版社,2011 年 1 月 ［4］刘家访.教育学.四川大学出版社,2004 年 7 月
（上接第 146 页） 风速小于风力发电机组启动风速 4m/s 且无功率输 出，则停机，控制系统使机舱反方向旋转 3 圈解绕；若此时机组有功率 输出，则暂不自动解绕；若机舱继续向同一方向偏转累计达 4 圈时，则 控制停机，解绕；若因故障自动解绕未成功，在扭缆达 5 圈时，扭缆机械 开关将动作，此时报告扭缆故障，自动停机，等待人工解缆操作。具体 的自动解缆控制算法流程图如图 5。
— 147 —
的时刻，风向是改变的，那么就需保证风力发电机的风轮始终跟随风向
的变化，确保其准确对风。但在实际控制中，允许一定的偏差存在，即
风电机组偏航电机驱动能力的分析与设计
关键词：风电机组；偏航系统；偏航电机；跳闸；驱动能力
中图分类号：TK83
文献标志码：A
0 引言
风电机组偏航系统主要负责让机舱绕塔架轴
线旋转及停止在指定位置。目前兆瓦级风电机组
的偏航系统主要由偏航电机、减速器、偏航轴承、
相关电气设备和控制系统等组成。偏航电机的驱
动能力对于风电机组是否能够安全可靠地偏航、
典型偏航电机大电流过程进行分析，测量数据如
图 3 所示。图中：塔顶偏航扭矩载荷的正、负表
示扭矩方向不同。
从图 3 可以看出：在偏航一开始的阶段，偏
航电机的转速在 900 rpm 左右轻微波动，4 台偏
2000
Mz/(kN•m)
0
-2000
-4000
-6000
0
10
20
30
40
50
60
้क़/s
a. Mz
供的总驱动扭矩；m 为偏航系统从偏航电机到
偏航轴承的总传动比；η 为偏航系统的总传动效 率；Mz 为塔顶偏航扭矩荷载，该值在风电机组 运行过程中持续波动；Md 为偏航轴承及刹车阻 尼系统的总摩擦阻力矩，其是关于 Mz 的函数。
如果设计时偏航电机的最大驱动扭矩不能超 过最大外部荷载，则风电机组实际运行中会存在 偏航电机无法驱动偏航的可能性。当塔顶的偏航 扭矩荷载增大，偏航电机转速会下降，偏航系统 中所有偏航电机能提供的总驱动扭矩会增大并伴 随电流的增加。当大电流导致的热效应累积到一 定程度时，偏航马达保护开关会断开电路以保护 偏航电机，此时偏航功能丧失，风电机组停止发 电并报出故障，直到保护开关重新合闸。因此， 通过对故障进行分析，摸清偏航电机运行特性与 塔顶偏航扭矩荷载之间的关系，有助于改进偏航 电机驱动能力的评估及进行偏航电机选型，从而
风力发电机组偏航系统自动控制设计
理工学院毕业设计学生姓名：学号：专业：电气工程及其自动化题目：风力发电机组偏航系统自动控制设计指导教师：（教授）评阅教师：2013 年 6 月河北科技大学理工学院毕业设计成绩评定表注：该表一式两份，一份归档，一份装入学生毕业设计说明书（论文）中。
毕业设计中文摘要毕设计外文摘要目录1 绪论 (1)1.1风能的意义 (1)1.2国际风电技术的发展现状和趋势 (1)1.3我国风电技术的发展现状和趋势 (2)1.4风力发电控制技术现状 (4)2 风力发电机组系统构成及功能简介 (5)2.1风电机简介 (5)2.2风力发电的原理 (7)2.3风力发电机系统组成部分简介 (8)3 偏航控制系统功能和原理 (14)3.1偏航系统概述 (14)3.2偏航系统的组成 (14)3.3偏航控制机构 (15)3.4偏航驱动机构 (17)4 偏航控制系统设计及结果分析 (22)4.1偏航系统控制过程分析 (22)4.2 偏航控制系统整体方案设计 (25)4.3 结果分析 (41)5 结论 (42)致谢 (43)参考文献 (44)1 绪论1.1 风能的意义世界经济的快速发展和激烈的竞争，新能源发电尤其是风力发电技术日趋受到世界各国的普遍重视。
除水力发电技术外，风力发电是新能源发电技术中最成熟、最具大规模开发和最有商业化发展前景的发电方式。
由于在改善生态环境、优化能源结构、促进社会经济可持续发展等方面的突出作用，目前世界各国都在大力发展和研究风力发电及其相关技术。
风能取之不尽，用之不竭，是非常重要的一种洁净的可再生能源，是人类能源结构的转变中一个非常重要的部分。
风力发电是人们有效利用风能的方法之一，其技术在可再生能源利用中的运用也是比较成熟的。
风力发电是一项高新技术，它涉及到气象学、空气动力学、结构力学、计算机技术、电子控制技术、材料学、化学、机电工程、电气工程、环境科学、等十几个专业学科，是一项系统技术。
风力发电作为现在新能源利用的重要技术之一，电气工程和它是息息相关，密不可分的。
MW级双馈风力发电机组偏航控制系统研究及优化
MW级双馈风力发电机组偏航控制系统研究及优化摘要：在典型偏航控制系统中，基于单片机语言设计的偏航控制器负责偏航控制系统的中运算和控制，本文介绍双馈风力发电机组中目前国内应用最多的基于PLC控制的偏航控制系统，研究其系统特点及计算原理和控制原理，并针对该系统选用的偏航控制器在实际运用中调整角度困难及过零位检测存在的软件缺陷提出了新的角度调整方法和新的过零位检测控制逻辑。
关键词：风力发电机组；偏航系统；偏航控制系统；优化Abstract：In a typical yaw control system based on single chip computer language design, the yaw controller is responsible for yaw control system operation and control, this paper introduces the doubly-fed wind power generation units in the domestic application of the most based on PLC control yaw control system, studies its system characteristics and calculation principle and control principle, and the system selects the yaw controller in the practical application of angle adjustment difficulties and zero cross detection in the presence of software defect presents new angle adjustment method and a new zero cross detection control logic.Keywords: Double-fed Induction Generator; yaw system; yaw controller system; Optimization0引言在我国，兆瓦级风力发电机组在风能的开发中得到了大规模发展和应用。
兆瓦级风力发电机组偏航系统主动偏航特性分析
２ ０ １ ４ 年
湖
南
大
学
学
报 （自 然 科 学
Ｊ ｏ ｕ ｒ ｎ ａ ｌ ｏ ｆ Ｈｕ ｎ ａ ｎ Ｕｎ ｉ ｖ ｅ ｒ ｓ ｉ ｔ ｙ （ Ｎａ ｔ ｕ ｒ ａ ｌ Ｓ ｃ ｉ ｅ ｎ ｃ ｅ ｓ ）
Ａｂ ｓ ｔ ｒ ａ ｃ ｔ ：Ｔｈ ｅ ｙ ａ ｗ ｓ ｙ ｓ ｔ ｅ ｍ ｏ ｆ ｔ ｈ ｅ ｍｅ ｇ ａ ｗａ ｔ ｔ — ｃ ｌ ａ ｓ ｓ ｗｉ ｎ ｄ ｔ ｕ ｒ ｂ ｉ ｎ ｅ ｐ ｒ ｏ ｄ ｕ ｃ ｅ ｄ ｓ ｅ ｖ ｅ ｒ ｅ ｖ ｉ ｂ ｒ ａ ｔ ｉ ｏ ｎ ｉ ｎ ｔ ｈ ｅ ｐ ｒ ｏ ｃ ｅ ｓ ｓ
ｒ ａ ｄ ， 振 动衰 减的 时 间超过 了 ２ ０ Ｓ ， 通过 在 主 机 架 上加 反 馈 控 制 可快 速 消 除 兆 瓦级 风机 偏 航
系 统 来 回 振 荡现 象．
关键 词 ： 风 力发 电机 组 ； 偏航 系统 ； 主 动偏航 ； 固有频 率
中图分 类号 ： ＴＫ８ ３ 文献标 识码 ： Ａ
Ｊ ａ ｎ ．２ ０ １ ４
文章 编号 ： １ ６ ７ ４ — ２ ９ ７ ４ （ ２ ０ １ ４ ） ０ １ — ０ ０ ５ ７ — ０ ６
兆 瓦级 Ｎ － ｔ ； ￣发 电 机 组 偏 航 系 统 主 动 偏 航 特 性 分 析
鄂 加 强 ， 陈 燕 ， 李振 强， 钱 承
Ｅ Ｊ ｉ ａ — ｑ ｉ ａ ｎ ｇ 。ＣＨＥＮ Ｙａ ｎ。ＬＩ Ｚ ｈ ｅ ｎ — ｑ ｉ ａ ｎ ｇ，ＱＩ ＡＮ Ｃ ｈ ｅ ｎ ｇ
（ Ｃｏ ｌ ｌ ｅ ｇ ｅ ｏ ｆ Ｍｅ ｃ ｈ ａ ｎ ｉ ｃ ａ ｌ ａ ｎ ｄ Ｖｅ ｈ ｉ ｃ ｌ ｅ Ｅ ｎ ｇ ｉ ｎ ｅ ｅ ｒ ｉ ｎ ｇ－Ｈｕ ｎ ａ ｎ Ｕｎ ｉ ｖ 。Ｃ ｈ ａ ｎ ｇ ｓ ｈ ａ 。Ｈｕ ｎ ａ ｎ ４ １ ０ ０ ８ ２ ．Ｃｈ ｉ ｎ ａ ）
兆瓦级风力发电机液压偏航系统设计共18页文档
3.人工偏航
• 人工偏航是指在自动偏航失效和需要人工解缆亦或 是在需要维修的时候，通过人工指令来对风电机进 行偏航操纵。
• 人工偏航过程如下：首先检查人工偏航启停信号， 观察是否进行人工偏航。若此时有人工偏航信号， 再检查此时是否正在进行偏航操作，若无，停止自 动偏航指令，使其停止工作。然后读取人工偏航的 方向信号，判断与上次偏航方向是否一致，若一致， 松开偏航闸，使其正常运转；若不一致，则立即停 止偏航电机，保持偏航闸为松闸状态，向相反方向 进行反转并记录转向，直到出现相应的人工偏航停 止信号的出现，抱闸，清除人工偏航标志。
• 能源是人类生存的基本要素，国民经济发展的主要物资 础。由于煤、石油等资源的开采利用，人类环境的污染 已不容小视，而风力发电机却大大的弥补了排放污染的 缺点，风力发电作为一种新兴的无污染的能源，已倍受 世界所瞩目。其优点主要是无污染，发电效率高，还有 一个就是取之不尽用之不竭
• 如今，兆瓦级风力发电机已成为社会风力发电机的主流 产品，其偏航设备大多用的是双馈型电气控制，而本文 则把偏航系统加以创新与改良，改为了液压系统。相较 电气设备，液压系统更稳定，将发电机改为液压马达并 取消了变速箱，使偏航设备整体的重量减轻。
一、偏航系统在风力发电机中的作用
偏航系统是水平轴风力发电机组的重要组成部分， 其功能主要有两个: 第一是要控制风轮随时跟踪风向的变化； 第二是当风电机组出现单方向的持续偏航, 机舱内的电缆发生缠绕时,能够自动解除电缆缠绕。
二、偏航系统的组成简介及其液压原理 图
主要组成部件有偏航大齿圈、偏航侧面轴承、偏航驱动装置、 偏航计数器、偏航限位开关、偏航刹车盘、接近开关、 风速风向仪等。
• 设风向标测得的偏航误差角为a。机舱偏航角度和为b，设偏航的容 许误差为c(一般15°左右)，机舱顺时针方向调向时为正，逆时针 为负，当风向标测得的角度a≤c不进行偏航操作。当c<a≤90°时， 风机正向调向a。当90°<a≤180°时，则表明进行的是钝角偏航， 为了有效地防止电缆缠绕，读偏航方向累积的角度总和b。设偏航 的有条件解缆限位为d。当b+a<d,正向调向a。当b+a大于条件解缆 限位时,反向调整360-a。当-90°<a<-c时，风机负向调向a。当 180°<a≤90°，读偏航方向角度之总和。当b+a>-d，负向调向a。 当a+b小于条件解缆限位时，正向调整360+a。
兆瓦级风力机组偏航控制策略及仿真
兆瓦级风力机组偏航控制策略及仿真柴玉华，王贤立（东北农业大学电气与信息学院，哈尔滨，150030）摘要：当风向角在15范围内变化时，由于风向标传感器不能正常工作，导致风力机无法捕获最大风能，从而降低了风力机组的发电效率。
本文通过对风力发电机组偏航控制原理的分析，提出了一种基于MPPT控制的偏航控制系统：该控制系统通过实时测量风力机组的输出功率，不断寻找最大功率点，同时偏航控制器发出自动偏航指令，使机舱偏转，直到找到最大功率值，此时实现了机舱的准确对风，停止偏航指令。
给出了基于PLC下的硬件结构，通过在matlab/simulink 下的仿真，结果证明该控制系统响应速度快，目标准确率高。
关键词：偏航控制系统；MPPT算法；matlab/simulink;风力机中图分类号：TK83 文献标识码：AThe Control strategy and simulation of the yaw control system for MWrated wind turbineChai Yu-hua ，Wang Xian-li(Northeast Agricultural University college of Electrical Engineering and Information, Harbin150030,China)Abstract: when the wind angle changes of ±150, the wind vane sensor inside does not work，then the maximum capture of wind energy can not be achieved，reducing the wind turbine power generation efficiency. This topic was proposed based on a wide range of changes in wind direction yaw control system optimization strategy：changes in wind direction when the absolute value of less than 150，with MPPT algorithm will be used, it through measuring the output power of the wind turbine,the on- off and rotating direction of the yaw motor can be adjusted by controller, this paper presents the hardware design of yaw control system for 1.5MW DFIG, and simulates the theory analyze by matlab/simulink, and the result has a faster and balanced windward characteristic. Keywords: Yaw control system; MPPT algorithm; Matlab/Simulink; wind turbine0 引言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。
MW级风力发电机组偏航控制系统的设计
ｒｅｌｉａｂｉｌｉｔｙ．ｔｈｅ ｓｙｓｔｅｍ７ Ｓ
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ｇｅｎｅｒａｔｏｒｓ
ｗｉｎｄ ｐｏｗｅｒ ｇｅｎｅｒａｔｏｒｓ ｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅ
ｂｅｔｔｅｒｌｙ，ＭＷ ｗｉｎｄ－ｍｉｌｌ
ａｌｌ ｕｓｉｎｇ ｔｈｅ ｙａｗ
万方数据
第４期
Ｉ Ｉ．Ｉ
・７９・ 。！！！！！！！！！！！！！！！！！！！！！！！！！！！！！ ｃｏｎｔｒ０１．Ｔｈｅ ｙａｗ ｃｏｎｔｒｏｌ ｓｙｓｔｅｍ ｉｓ ｔｈｅ ｐａｒｔ ｏｆ ｔｈｅ ｅｌｅｃｔｒｉｃ ｃｏｎｔｒｏｌ ｓｙｓｔｅｍ．Ｔｈｅ ｐａｐｅｒ ｐｒｅｓ—
Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ ｏｆ Ｓｃｉｅｎｃｅ＆Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，Ｘｉ’ａｎ
ｄｏｎｇ Ｃｈａｎｇｘｉｎｇ Ｃｏ．Ｌｔｄ．，Ｂｉｎｚｈｏｕ
２５６２０６，Ｃｈｉｎａ）
Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｉｎ ｏｒｄｅｒ ｔｏ
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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。
阐述风力发电偏航控制系统设计
阐述风力发电偏航控制系统设计1 偏航系统构成偏航系统能对风向变化进行识别，并进行自动对风；偏航电机采用软启动方式并装有减速器，减少启动电流的冲击，使启动过程平稳，延长电机使用寿命；此外还有扭纜保护装置、可靠的执行电路、叶轮锁定装置，来提高风机的可靠性。
当系统检测到风速大于切出风速时，偏航系统执行90°侧风操作，从而起到保护风轮的作用。
偏航过程中采用异步电机作为执行机构，当对风结束时进行机械抱闸使其停止偏航。
偏航系统控制结构图如下图1所示：2 偏航方向判别策略如图2，风向角α的范围是-180°～180°，定义正北方向为风向角0°方向。
风向从正北方向顺时针变化时，风向角正向增加，正南方为180°方向；风向从正北方向逆时针变化时，风向角反向增加，正南方为-180°方向。
如图3，偏航角γ的范围是-1800°～1800°，定义正北方为偏航角0°方向。
机舱顺时针旋转时，偏航角正向增加（右偏航）；机舱逆时针旋转时，偏航角反向增加（左偏航）。
把风向角与偏航角的差值（记作θ，即θ=α-γ，取θ的范围为-1260°～1260°），在对风控制过程中，要选择合理路径，即需要机舱以最短路径跟随风向变化，可遵循以下两条规则：（1）机舱顺时针偏转角度与逆时针偏转角度存在关系式：顺时针偏转角度=360°-逆时针偏转角度即机舱可按顺时针或逆时针两种方向偏转跟踪风向实现对风的目的，本设计中为了缩短对风时间，提高效率，选择偏转角度小的方向（顺时针方向/逆时针方向）进行偏转。
（2）θ与θ±360°×n（n=0，1，2，3）机头的偏转路径一样。
由以上分析给出偏航方向判别表，见表1，其中：n为扭缆的圈数，可以通过计数传感器进行测量。
当检测到机头方向与风向角差值超过设定角度（5°），风力发电机组将执行偏航对风，当此角度达到设定角度（1°）之内时，风力发电机组停止偏航。
兆瓦级风力发电机组偏航系统主动偏航特性分析
龙源期刊网 兆瓦级风力发电机组偏航系统主动偏航特性分析作者：鄂加强陈燕李振强钱承来源：《湖南大学学报·自然科学版》2014年第01期摘要：针对兆瓦级风力机偏航动作时剧烈振动问题，本文根据兆瓦级风机偏航系统主动偏航原理，在ADAMS中建立了兆瓦级风力发电机偏航系统虚拟样机动力学仿真模型.兆瓦级风力发电机组偏航系统主动偏航振动分析结果表明，偏航系统前四阶扭转振动的固有频率分别为17.694 7 Hz，55.816 6 Hz，85.141 2 Hz，170.182 3 Hz.动力学仿真分析结果表明，主机架在偏航运动的结束阶段存在剧烈的来回振荡现象，且振动的幅值达到了0.15 rad，振动衰减的时间超过了20 s，通过在主机架上加反馈控制可快速消除兆瓦级风机偏航系统来回振荡现象.关键词：风力发电机组；偏航系统；主动偏航；固有频率中图分类号：TK83 文献标识码：A随着世界各国对能源需求的持续增长与日益严格的环境法规，目前兆瓦级风力发电机组已成为风能利用的主流设备.当风速矢量方向发生变化时，风力发电机组的偏航系统能够快速平稳地对准风向，以便风轮获得最大的风能.然而在主动偏航系统启动与刹车过程中，偏航系统的振动对风力发电机组的振动噪声、紧固件的疲劳寿命等方面产生严重的影响.如果其固有频率接近激励频率，系统将产生共振，则风力机在运行过程中，载荷由于结构共振而被放大，这关系到整个风电机组的安全运行.因此有必要对兆瓦级风力发电机偏航系统的振动特性作深入研究，避免共振的发生.然而，目前国内外对风力发电机组振动的研究主要集中在塔筒和桨叶方面，对偏航系统振动研究还比较少[1-3].文献[3]对兆瓦级风力机液压驱动的偏航系统进行了优化设计.文献[4]建立了塔架的扭转振动模型和运动方程，引入了摩擦失稳因子，得到塔架扭转振动失稳的条件.文献[5]从理论上对塔架进行了模态分析，在机舱与塔架耦合条件下求解塔架扭转振动的各阶固有频率与振型.文献[6]对螺栓连接非线性振动特性进行研究，将螺栓连接系统简化为弹簧、阻尼器、质量块的单自由度模型，说明了非线性方程能够较好地描述螺栓连接的振动特性.但如何采取有效措施对兆瓦级风力发电机组偏航系统进行主动偏航动力学分析仍然是主动偏航过程兆瓦级风机偏航系统性能提高的瓶颈.为此，本文针对兆瓦级风力发电机组偏航系统主动偏航过程振动现象，从动力学角度研究偏航系统的动力学机理，并构建合适的兆瓦级风力发电机组偏航系统虚拟样机动力学模型，研究主动偏航过程偏航系统动力学规律.1偏航系统主动偏航动力学模型。
大型风力发电机组偏航控制系统的设计
[1] 叶杭冶.风能发电机组的控制技术[M].北京:机械工业出版社,2002. [2] 杨校生,袁玉琪.风力发电机组技术及发展趋势[J].风力发电,2002.
88 2012 年 6 月（ 下 ）
图 8 人工偏航流程图 Fg 8.manual yaw flowchart
1 偏航控制系统的构成 如图 1 所示，风力发电机组的偏航系统由偏航检测传感器、偏航 控制单元和偏航驱动机构三部分组成。其中偏航检测传感器包括：测风 装置、偏航凸轮限位开关、偏航绝对值编码器；偏航控制单元包括：主 控器、耦合器、低压配电柜；偏航驱动机构包括：偏航轴承、偏航电 机、偏航润滑系统。
图 1 偏航控制系统构成图
图 9 人机界面主程序 Fg 9.man-machine interface main program
就偏航系统而言，人机界面具有特定的操作页面，如图 10 所示， 在此界面中，可以实时监测风向风速，扭缆编码器数值，偏航刹车油站 运行状态及其压力值，以及偏航电机的运行状态反馈等运行参数。此 外，操作者可以根据风机实际运行需要来选择自动偏航和手动偏航模 式，并根据偏航系统运行需要操作界面按钮来手动控制偏航系统的运 行。
Fg 1. yaw-control system constitution diagram
1.1 偏航检测传感器 偏航检测传感器有测风装置即风向风速传感器、偏航凸轮限位开 关和偏航绝对值编码器。风力发电机组采用两套 Thies 测风装置，偏航 对两套风向传感器的测量值取 20s 平均值。由于偏航总是寻优路径 （选择最短距离最短时间内） 偏航对风，由于风向变化的不确定性，风 力发电机有可能长时间往一个方向偏航对风造成电缆缠绕，如果缠绕圈 数超过了限定值，将绞断电缆，给机组带来严重损害。为了保证机组安 全，通常装有偏航绝对值编码器。设计中选用了 MEYLE 偏航黄盒外加 同轴偏航绝对值编码器。风力发电机组除了参考偏航绝对值编码器反馈 值来设定软件限位之外，更有如图 2 所示的 4 个偏航凸轮限位开关来保 障机组安全。
TD77型号风力发动机风机偏航系统的设计及力学分析
TECHNOLOGY WIND[摘要]本文通过对TD77型号1.5MW 大型风力发电机的偏航系统进行设计及力学分析，使之能安全工作的目的，实现计算机仿真和理论计算对该型号风力发电机的设计。
[关键词]风力发电机；偏航系统；接触应力；强度计算TD77型号风力发动机风机偏航系统的设计及力学分析李素平（江苏广播电视大学张家港学院，江苏张家港215600）TD77型号风力发电机，其主要机械结构包括：叶片、叶片轮毂、主轴、主轴联接螺栓、齿轮箱、机架、卡钳、偏航轴承、偏航轴承联接螺栓、刹车盘、塔筒、塔筒法兰、塔筒联接螺栓、基础环等。
机械部分主要由三个系统组成，即：风轮—主轴系统、偏航系统、塔筒—基础系统。
载荷的传递和各部件的连接方式主要为：风载荷通过风轮叶片传递到风力发电机的主轴上，主轴放置于机架上并与齿轮箱连接，齿轮箱与发电设备相连，将动能转化为电能。
机架通过偏航轴承和联接螺栓与塔筒上的法兰相连，塔筒共计三段，之间通过法兰相连，塔筒底端与风机基础环通过法兰相连，风机基础环嵌入地基中的基础混凝土里。
1偏航刹车的作用在风机不允许偏航时，利用偏航刹车与偏航电机把机舱固定住。
偏航调整中，刹车卡钳上的压力减低，偏航马达动作。
刹车盘上残余的压力产生一个统一的扭矩可抵消交替的外部偏航扭矩，以防止驱动装置反转。
2偏航系统的选型TD77型号风力发电机组是3叶片，全变桨变速，恒频双馈上风向发电机组，在额定风速之上，采用独立的3套电变桨系统调节功率，发电系统由双馈异步发电机和部分功率变频器组成，通过4个偏航电机实现机舱主动对风，TD77型号风力机可在低温或常温条件下运行，采用钢制圆锥塔筒。
3偏航刹车力矩计算偏航刹车力矩的选定以风机不允许偏航时，能够利用偏航刹车与偏航电机把机舱固定住为设计原则。
选定的刹车钳的刹车扭矩加上偏航电机提供的电磁刹车的扭矩需大于正常发电的时的偏航扭矩。
偏航轴承的极端载荷为：|Mz|max =3676.2kNm1）本课题选用了的偏航电机，其主要参数如表1所示。
一种兆瓦级风力发电机组偏航系统的设计
一种兆瓦级风力发电机组偏航系统的设计摘要本文提出了一种兆瓦级风力发电机组偏航系统的设计，包括硬件设计和软件设计，该设计能够很好地完成机组的偏航对风功能。
硬件上采用软启动器控制偏航电机，并使用带负角度数字信号的编码器测量机舱方位和扭缆程度，大大提高了系统的稳定性和安全性；软件上根据不同的风速，采用不同的自动偏航和解缆的控制算法，提高了机组的发电量。
关键字风力发电机组；偏航系统；自动偏航；解缆0 引言能源、环境是当今人类生存和发展所要解决的紧迫问题。
常规能源以煤、石油、天然气为主，它不仅资源有限，而且造成了严重的大气污染。
因此对可再生能源的开发利用，特别是风能的开发利用，已受到世界各国的高度重视[1]。
随着技术的不断更新，风力发电的单机容量已经发展到兆瓦级机组。
偏航系统作为风力发电机组非常重要的组成部分，对它的研究亦是必不可少的。
1 偏航系统的功能和硬件设计对于兆瓦级风力发电机组而言，偏航系统不仅要完成机组的自动对风功能，使机组在运行状态下能够实现叶轮的最大面积迎风以获得最大的风能量，而且在偏航过程中能够保证电缆和整个机组的安全。
为实现上述功能，整个偏航系统设计包括传感器部分、偏航部分、润滑部分和控制部分等。
传感器部分包括两个风向传感器和一个角度编码器，将两个风向传感器的输出信号作对比，一旦两者相差值超过15度，则触发故障，以使机组能根据正确的风向进行偏航对风。
角度编码器为绝对值编码器，用以测量机舱位置和扭缆的程度，该编码器同时带有负角度数字信号，即当编码器角度为负值时，该数字信号输出为高电平，以避免在安装调试过程中将左、右方向接反，从而造成电缆损坏。
偏航部分包括回转支撑轴承、软启动器、偏航电机以及液压制动，软启动器能够实现电机的平滑启动，降低启动电流，避免启动出现过流跳闸，同时它还提供软停车功能，软停车过程中，电压逐渐降低，转速逐步下降到零，避免自由停车引起的转矩冲击。
偏航电机是偏航动作的执行机构，其个数和功率是根据载荷计算来确定。
1MW风力发电机组设计——机舱、主机架及偏航系统
变桨距系统系统设计
变桨距操作系统的主要功用是根
据风电机组控制命令，通过改变
叶片的入流角，实现对风轮转速，
功率调节和制动。一般变桨矩角 度范围为0～90度，高于额定风速 时用于功率调节的变桨速度多在
每秒一度左右。而制动顺桨速度 一般要求较高的速度。
实现变桨距操作的装置， 由驱动部件和安装在叶片和 轮毂间的传动机构组成。由 电动机和减速装器构成的驱 动部件，变桨距传动由内啮 合齿轮副实现。
机舱、主机架及偏航系统的设 计
设计人：XXX
机舱
机舱罩主体部分设置PVC泡 沫夹层，以增加强度。内层 设置消音海绵，以降低主机 噪声。
机舱的总体设计
机舱主要包括两部分： 机舱底盘和机舱外罩。
机舱底盘上布置有风轮，轴承座，齿 轮箱，发电机，偏航驱动等部件。起定位和 承载的作用，机舱底盘的设计，主要应保证 刚度，强度和稳定性。
机舱底盘
刚度
稳定性
刚度是评定机舱底盘的工作能力
风力发电机组底盘是一个扁平结构，
的主要准则之一，机舱底盘刚度是决 定风力发电机组传动链的工作稳定性， 决定回转支撑工作的稳定性。
其主也要的受力件稳定性较好，某些
受压件及受压弯结构也可能存在失稳 问题，必须加以校核。
强度
强度是评定机舱底盘工作可靠性
的另一个基本准则，机舱底盘的强度 应根据风力发电机组运转过程中可能 发生的最大载荷来校核。机舱底盘强 度和刚度都需要从静态和动态两方面 来考虑。动刚度是衡量机舱底盘抗振 能力的指标，而提到机舱底盘抗振能 力应从提高机舱底盘控件的静刚度控 制固有频率，加大阻尼等方面入手。
机舱底盘设计的要求
（1）在满足强度和刚度的前提下，机舱底 盘应尽量重量轻、成本低。
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兆瓦级风电机组偏航系统的设计自动化 K031241720 李江摘要风能是绿色能源。
我国在风力发电上的投入和研究也正进入一个快速发展的时期。
偏航控制一直未能取得有效的发展。
针对这方面的问题，本论文展开了相应的设计。
在设计过程主控制器选用了德国beckhoff的软PLC，文中对其硬件模块的组态和编程环境TwinCA T 以及现场通讯协议Profibus-DP做了详细介绍和设计说明。
偏航电机的控制选用了西门子G120变频器实现了变频调速，在恶劣环境下减小了偏航系统的振动。
运用TwinCAT编程软件对偏航系统的四个部分：自动偏航、自动解缆、自动润滑、人工偏航的程序进行了编写。
最后，在个人计算机进行了编译、下载和运行，在联机模式下，通过TwinCAT实时可视化的画面对各种状态进行了模拟运行，该偏航系统在各种状态下呈现出很好的控制效果。
关键词风力发电；偏航控制系统；软PLCAbstract Wind energy is a green energy. Wind power will fleetly develop in China,too. the technology for yaw syste m wasn’t still developed for a long time.Therefore,aim at this subject,related research and design will be reported in this thesis.Master controller used the German beckhoff soft PLC in the design process, Paper, the hardware modules to their configuration and programming environment TwinCAT and PROFIBUS-DP communication protocol site a detailed description and design specification. Electric motor control yaw selected Siemens G120 frequency converter frequency control in harsh environments reduces the yaw system vibration. TwinCAT programming software using the four parts of the yaw system: automatic yaw, automatic Cable release ,automatic lubrication, artificial yaw program was written. Finally, in the personal computer to compile, download and run, in online mode, real-time visualization by TwinCAT picture of the various state simulation run, the yaw system in various states shows good control effect.Key words Wind Power Generation; Yaw Control System; soft PLC前言能源是人类生存的基本要素，国民经济发展的主要物质基础。
由于化石资源的日益枯竭和人类对全球环境恶化的倍加关注，风力发电技术也随之得到迅猛发展。
偏航控制机构是风力机特有的伺服系统，用于控制风电机组跟踪变化的风向，并且当电缆发生缠绕时，能够自动解缆的功能,并能够定时润滑偏航机械机构。
1 偏航控制系统硬件设计及选型风力机的偏航系统由偏航检测机构、偏航控制机构和偏航驱动机构三大部分组成，其中偏航检测机构包括：风传感器、机舱位置传感器；偏航控制机构包括：偏航控制器、变频器；机械驱动机构包括：偏航轴承、偏航润滑系统、偏航驱动装置、偏航制动器。
1.1偏航检测机构风向信号作为偏航控制系统中最关键的输入信号，对其准确的测量将影响整个控制系统的性能。
风作为矢量，既有大小，又有方向，其测量包括风向和风速两项。
设计中测风感器采用的Thies Clima公司测风传感器，风向传感器型号：4.3519.00.141。
风速传感器型号：4. 3129.60.141。
由于风力机总是选择最短距离最短时间内偏航对风，由于风向的变化随意性，风力机有可能长时间往一个方向偏航对风，这样就会造成电缆的缠绕，如果缠绕圈过多，超过了规定值，将造成电缆的损坏。
为了防止这种现象的发生，通常安装有机舱位置编码器。
设计中采用了绝对值编码器，选型为HEIDENHAIN公司ROQ425的绝对型多转编码器。
1.2 偏航控机构偏航控制平台拥有四层结构,包括网络层,主站层,从站层和现场层。
网络层通过TCP/IP协议可以实现远程操作、资源共享及网络化;主站层由嵌入式PC、电源模块、现场总线模块以及其他I/O模块等组成，完成对整个系统的控制；从站层是智能化I/O模块，带内置Profibus-DP接口的总线耦合器，完成现场数据采集、数据交换、控制信号输出等功能;现场层由变频器、偏航电机、风向传感器及电磁阀等组成，完成物理量的检测与变送、接收并执行控制量、实现对偏航电机的控制。
偏航控制平台结构图如图1.1所示。
控制器和通讯模块配置数量如表1.1所示。
表1.1 控制器和通讯模块置表这些功能模块可以通过现场总线Profibus-DP与上位机进行通信及数据交换；接收控制量，并将控制量送给控制对象的执行机构；采集现场过程值送入上位机运算，实现实时控制等功能。
图1.1 偏航控制平台结构图为了使偏航系统达到很好的控制效果，为避免在不同的风速下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，设计中选用的变频器，实现了在不同风速下的变频控制，风速与频率对应的关系曲线如图1.2图1.2 风速与频率对应的关系曲线设计中选用了SINAMICS G120变频器，该变频器是一个由多种不同功能单元组成的模块化变频器。
两种主要的单元是：控制单元（CU）、功率模块（PM）。
在设计中选用CU240S DP-F型号的控制单元。
功率模块选用了PM240功率模块具体型号为6SL3224-0BE31-5AA0。
由于在偏航系统中采用Bonfiglioli公司4个100LB电磁抱闸一体化的三相异步电动机，额定电流为5.2A。
在选择变频器时，依据电流相加计算，总电流i=5.2×4=20.8A，考虑 1.2倍的裕量i=20.8×1.2=25A,同时考虑了输出功率的问题，最终选择型号为6SL3224-0BE31-5AA0的功率模块。
同时，根据设计要求以及制动电阻的选型手册，选用了选型为6SE6400-4BD16-5CA0的制动电阻。
1.3 偏航驱动机构设计针对的偏航轴承采用的是回转轴承是一种特殊结构的大型轴承，必须定时给轴承润滑。
针对轴承的润滑，设计了自动润滑系统，其由润滑泵、油脂分配器、润滑小齿轮、润滑管等组成如图，主要用于偏航轴承滚道及齿面的润滑，润滑系统原理图如图1.3所示。
选型：电机选用了单相交流电动机，为力士德YL8014型号的电机，额定功率：0.75kw；额定电压： 220V ；额定电流：4A 额定转速： 1400rpm。
交流220V偏航润滑电机液压泵溢流阀油箱图1.3 自动润滑系统原理图偏航驱动装置包括偏航电机和偏航减速齿轮机构。
偏航电机：为电磁制动三相异步电动机，在三相异步电动机的基础上附加一个直流电磁铁制动器组成，电磁铁的直流励磁电源由安放在电机接线盒内的整流装置供给，制动器具有手动释放装置。
偏航时，电磁刹车通电，刹车释放。
偏航停止时，电磁刹车断电，刹车释放将电机锁死。
附加的电磁刹车手动释放装置，在需要时可将手柄抬起刹车释放。
设计中选用了Bonfiglioli公司100LB电磁抱闸一体化的三相异步电动机。
为了得到对称的驱动扭矩，在设计中用四台电机驱动偏航系统。
通过行星齿轮减速机得到合适的输出转速和扭矩，由于偏航速度很慢，减速器传动比很大，通常在1：1000左右，因此采用多级减速器，在设计中选用Bonfiglioli 700T系列的711T行星齿轮减速机。
为了保证风力机停止偏航时不会因叶片受风载荷而被动偏离风向的情况，风力机上多装有偏航制动器,在设计中采用了电磁抱闸制动和液压制动两套制动系统，以防止停止偏航时机舱被动偏离风向。
液压制动系统的原理图如图1.4所示。
制动器在液压驱动管路上一般装有一个预压阀，以使在松闸状态时，制动液压缸仍保持有很小的压力，使偏航过程中仍有一定的阻力，以保证偏航的稳定性。
图1.4 液压制动系统的原理设计中机组选用用10台制动器，每台制动器由上下两个闸体组成。
刹车闸为液压卡钳形式，在偏航刹车时，电磁K1关闭，先导溢流阀溢流值设定为150bar的压力，此时刹车盘约具有150bar的压力，使刹车片紧压在刹车盘上，提供制动力。
当需要偏航时，电磁阀K1得电打开，先导溢流阀维持在23 bar 左右的一个设定值，产生一定的阻尼力矩，使偏航运动更加平稳，减小机组振动。
液压泵电机为三相异步电机，品牌：恒硕；型号：Y80M2 ；电流：2.5 A ；极数：2 ；额定转速：2830 r/min ；额定功率：1.1KW 。
电磁抱闸制动有两部分组成：闸片部分和电磁部分，原理图如1.5所示，安装在电动机的主轴上，当需要偏航时，电磁部分通电闸片松开，停止偏航时电磁线圈断开，闸片抱住电动机主轴进行制动。
在设计中也选用Bonfiglioli 的抱闸系统，该抱闸系统通过整流模块线圈最终得到24V 的直流电来开启闸片。
同时在闸片上联动了一个常开开关，将电磁抱闸分合状态反馈给控制系统，来确保电机在电磁抱闸打开情况下启动运转，使设备的安全性和可靠性得到大大提高。
开启反馈交流220V图1.5 电磁抱闸制动原理图2 风力机偏航软件设计风力机偏航控制系统工作原理是通过测风传感器检测风向、风速，并将检测到的风向信号送到控制器。
当需要调整方向时，控制器发出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，偏航控制系统框图如图2.1所示。
2.1典型的偏航控制系统框图为了实现这样的伺服控制，通过对整个偏航系统的控制过程进行分析。
偏航系统的控制过程可以分为：自动润滑、自动解缆、人工偏航、自动偏航。
2.1测量值滤波由于大自然中风的随机性，风传感器的测量值随机干扰很大，为了消除干扰，保证系统的可靠性，综合考虑各种滤波的优缺点，设计中选用了一阶滞后滤波法，器程序设计如下（结构文本语言编写）函数体：out := (old_value * (1.0 - ( 1.0 / time_factor))) + ( in / time_factor) ;old_value := out ;根据风向和风速的特性和经验值，在调用该函数块滤波时，风向测量值的滤波平滑系数取300，风速测量值的滤波平滑系数取60。