风力发电变桨系统浅析
基于变桨系统的海上风力发电装置的机械性能与安全性分析
基于变桨系统的海上风力发电装置的机械性能与安全性分析1. 引言海上风力发电是利用风能在海上发电的一种清洁能源技术。
而变桨系统作为海上风力发电装置的核心组成部分，对于海上风力发电装置的机械性能与安全性起着至关重要的作用。
本文将对基于变桨系统的海上风力发电装置进行机械性能与安全性方面的分析，以揭示其工作原理和关键问题。
2. 变桨系统的工作原理变桨系统是指风力发电装置中用于控制风轮转速和转向的重要组成部分。
其工作原理主要包括桨叶控制和转向控制两个方面。
桨叶控制通过控制桨叶的角度来调节风轮受力情况，从而控制风轮转速。
转向控制则通过改变整个风力发电装置的朝向来使其面对风向，以提高能量利用率。
3. 机械性能分析3.1 风轮受力分析风力发电装置中的风轮是直接受力的部分，其受到来自风的气动力和重力的作用。
为了保证风轮的稳定性和安全性，需要对其受力情况进行详细分析。
一方面，风力会带来主要的气动力，而结构设计和材料选择将直接影响风轮的抗风性能；另一方面，重力对于风轮的作用也不可忽视，特别是在海上环境中，海风的强度和方向的变化会进一步影响风轮的受力情况。
3.2 变桨系统的响应分析变桨系统在面对风能变化时需要作出相应的响应，以保证风力发电装置的正常运行和安全性。
风力的变化会导致风轮的转速和受力发生变化，而变桨系统需要根据这些变化来调整桨叶的角度和整个风力发电装置的朝向。
因此，变桨系统的响应速度和准确性对于海上风力发电装置的机械性能和安全性至关重要。
4. 安全性分析4.1 风力发电装置的稳定性海上环境中，特别是在恶劣天气条件下，风力发电装置需要具有良好的稳定性，以避免发生倾覆和毁坏的情况。
风力发电装置的稳定性主要包括结构设计和基座选择。
合适的结构设计和合理的基座选择可以提高风力发电装置的稳定性，减少受到外力干扰的影响。
4.2 变桨系统的安全性变桨系统作为风力发电装置的核心组成部分，其安全性问题牵扯到整个风力发电装置的安全性。
风力发电机组变桨距控制系统的研究
风力发电机组变桨距控制系统的研究风力发电机组变桨距控制系统的研究近年来，随着环境问题的加剧和清洁能源的重要性逐渐凸显，风力发电作为一种潜在的可再生能源广泛应用。
风力发电机组是将风能转化为电能的关键设备，而变桨距控制系统则是提高风力发电效率的重要技术手段之一。
本文将对风力发电机组变桨距控制系统的研究进行探讨，从控制系统的结构、控制策略以及实际运行效果等方面进行分析。
1. 控制系统的结构风力发电机组的变桨距控制系统主要由传感器、执行器、控制器和信号传输部分组成。
传感器用于感知风力、转速以及叶片位置等信息，将这些信息传递给控制器。
控制器根据传感器获取的信息，通过控制策略对执行器发出信号，调节叶片角度，从而实现对风力发电机组的变桨距控制。
2. 控制策略目前，常用的控制策略主要有定角度控制和最大功率控制两种。
定角度控制是通过固定叶片角度来控制风力发电机组的输出功率，通常适用于恒定风速下的风机运行。
而最大功率控制则是根据风速大小实时调整叶片角度，以实现风力发电机组在不同风速下的最佳输出功率。
最大功率控制策略可以提高风力发电机组的效率，适应不同风速环境，并降低对外部条件的敏感性。
3. 实际运行效果根据实际应用情况和研究成果分析，风力发电机组的变桨距控制系统在提高发电效率、保护设备安全方面取得了显著效果。
通过使用最大功率控制策略，风力发电机组可以根据风速变化实时调整叶片角度，充分利用风能，并在恶劣天气条件下及时响应，减轻设备负荷。
同时，变桨距控制系统的应用也大大降低了由于风电机组运行时桨叶受损引起的事故风险，增加了设备的可靠性和安全性。
4. 研究展望尽管风力发电机组变桨距控制系统已取得一定的研究进展，但仍存在一些挑战和待解决的问题。
首先，尽管最大功率控制策略可以提高发电效率，但在不同风速区间的切换问题仍需要进一步优化。
其次，传感器的稳定性和可靠性也是需要关注的焦点，特别是在恶劣环境下的应用。
另外，随着风力发电技术的发展，新型的控制策略和技术工具也需要不断研发和应用，以进一步提高风力发电机组的性能和可靠性。
变桨系统介绍
变桨系统介绍一、变桨系统变桨距是指风力发电机安装在轮毂上的叶片借助控制技术和动力系统改变桨距角的大小改变叶片气动特性，使桨叶在整机受力状况大为改善。
变桨距机构就是在额定风速附近（以上）,依据风速的变化随时调节浆距角，控制吸收的机械能，一方面保证获取最大的能量（与额定功率对应）。
同是减少风力对风力机的冲击。
在并网过程中，还可以实现快速无冲击并网。
变桨距控制与变速恒频技术相配合，最终提高了整个风力发电系统的发电效率和电能质量。
电动变桨距系统就是可以允许3个浆叶独立实现变桨，它提供给风力发电机组功率输出和足够的刹车制动能力。
这样可以避免过载对风机的破坏。
我们都知道我们的每个变桨盘都有一个超级电容和伺服电机放置在轮毂处，每支桨叶一套，当然超级电容放置在变桨控制柜里。
控制柜放置在轮毂与叶片连接处。
整个系统的通信总线和电缆靠滑环与主控连接。
主控与变桨盘通过现场总线通讯，达到控制3个独立的变将装置的目的。
主控根据风速，发电机功率和转速等，把命令值发送到变桨距控制系统，并且电动变桨距系统把实际值和运行状况反馈到主控器。
还有就是电动变桨系统必须能够满足快速响应主控的命令。
有独立工作的变桨距系统，高性能的同步机控制，安全可靠的要求。
下面就从机械和伺服驱动2个部分介绍一下电动变桨距系统。
二、机械部分不同与液压驱动变桨系统。
电动变桨距系统采用3个桨叶分别带有独立的电驱动变桨系统，机械部分包括回转支承，张紧轮齿形带。
回转支承的内环安装在叶片上，叶片轴承的外环固定在轮毂上。
当电驱动变桨距系统上电以后，电动机带动小齿旋转，而小齿带动齿型带，从而带动变桨盘的内环与叶片一起旋转。
实现了改变桨距的目的。
电动变桨距一般包括伺服电动机，伺服驱动器（也就是我们所说的NG5），超级电容，齿型盘，齿型带，传感器等部分组成。
三、伺服驱动部分矢量控制技术解决了交流电动机在伺服驱动中的动态控制问题，使交流伺服驱动系统得性能可与直流驱动系统相媲美。
变桨系统分析范文
变桨系统分析范文变桨系统是风力发电机组中的一个重要组成部分，其主要功能是控制风力发电机的转动速度以及调整叶片的角度，以最大限度地捕捉风能并转化为电能。
变桨系统的设计和分析对于提高风力发电机组的性能和效率至关重要。
首先，变桨系统的设计要考虑到风力的不稳定性以及不同桨叶之间的协调。
由于风速和风向会不断变化，变桨系统需要能够实时监测风速和风向，并根据这些信息来调整叶片角度。
这样可以确保叶片始终与风的方向保持一致，使得风能能够最大化地被转化为电能。
其次，变桨系统的设计还需要考虑到风力发电机组的安全性和稳定性。
在风力风速超过预设范围或者发生异常情况时，变桨系统需要能够快速响应并采取相应措施，例如自动停机等，以保证风力发电机组的安全运行。
此外，变桨系统还需要考虑到桨叶与风轮之间的匹配，以避免不必要的振动和损耗。
另外，变桨系统的设计还需要考虑到节能和环保的因素。
在设计中需要采用先进的变桨技术和材料，以提高变桨系统的效率并减少能源的消耗。
例如，使用轻量化的材料可以减轻叶片的负荷，从而减少能耗。
同时，变桨系统还可以根据风速和负载状况自动调整变桨角度，以实现最佳风能转化效果。
此外，变桨系统的设计还要考虑到系统的可靠性和可维护性。
风力发电机组通常安装在海上或者偏远地区，维护困难且成本较高。
因此，变桨系统需要具有自动故障检测和诊断功能，并能够通过远程监控进行实时数据传输和维护。
这样可以大大提高系统的可靠性，并减少维护成本和停机时间。
最后，变桨系统的设计还需要兼顾成本的因素。
变桨系统通常占据整个风力发电机组的一定比重，因此需要在设计中考虑到成本效益和性能之间的平衡。
这可能涉及到不同变桨系统的选择和优化，以找到最佳的设计方案。
综上所述，变桨系统的设计和分析需要综合考虑风力的不稳定性、风力发电机组的安全性和稳定性、节能环保、系统可靠性和可维护性以及成本效益等因素。
通过合理的设计和分析，可以提高风力发电机组的性能和效率，从而实现更高效的风能转化。
变桨系统(内容及基础原理的简介)
风力发电机变桨系统所属分类:技术论文来源:电器工业杂志更新日期:2011-07-20摘要：变浆系统是风力发电机的重要组成部分，本文围绕风力发电机变浆系统的构成、作用、控制逻辑、保护种类和常见故障分析等进行论述。
关键词：变桨系统；构成；作用；保护种类；故障分析1 综述变桨系统的所有部件都安装在轮毂上。
风机正常运行时所有部件都随轮毂以一定的速度旋转。
变桨系统通过控制叶片的角度来控制风轮的转速，进而控制风机的输出功率，并能够通过空气动力制动的方式使风机安全停机。
风机的叶片（根部）通过变桨轴承与轮毂相连，每个叶片都要有自己的相对独立的电控同步的变桨驱动系统。
变桨驱动系统通过一个小齿轮与变桨轴承内齿啮合联动。
风机正常运行期间，当风速超过机组额定风速时（风速在12m/s到25m/s之间时），为了控制功率输出变桨角度限定在0度到30度之间（变桨角度根据风速的变化进行自动调整），通过控制叶片的角度使风轮的转速保持恒定。
任何情况引起的停机都会使叶片顺桨到90度位置（执行紧急顺桨命令时叶片会顺桨到91度限位位置）。
变桨系统有时需要由备用电池供电进行变桨操作（比如变桨系统的主电源供电失效后），因此变桨系统必须配备备用电池以确保机组发生严重故障或重大事故的情况下可以安全停机（叶片顺桨到91度限位位置）。
此外还需要一个冗余限位开关（用于95度限位），在主限位开关（用于91度限位）失效时确保变桨电机的安全制动。
由于机组故障或其他原因而导致备用电源长期没有使用时，风机主控就需要检查备用电池的状态和备用电池供电变桨操作功能的正常性。
每个变桨驱动系统都配有一个绝对值编码器安装在电机的非驱动端（电机尾部），还配有一个冗余的绝对值编码器安装在叶片根部变桨轴承内齿旁，它通过一个小齿轮与变桨轴承内齿啮合联动记录变桨角度。
风机主控接收所有编码器的信号，而变桨系统只应用电机尾部编码器的信号，只有当电机尾部编码器失效时风机主控才会控制变桨系统应用冗余编码器的信号。
变桨系统原理及维护
变桨系统原理及维护一、变桨系统原理变桨系统是风能发电机组的关键部件之一，主要负责控制风轮桨叶的角度，以实现最佳风能转换效率。
其主要原理如下：1.控制原理：变桨系统通过感知风速、桨叶角度和发电机输出功率等参数，并根据实时监测的风速变化情况来控制桨叶的角度调整，以使风轮桨叶能够始终迎向风速的最佳方向。
2.传动原理：变桨系统通过主轴和传动电机等组件完成角度调整。
其中，主轴连接了风轮和齿轮箱，通过传动电机以及相应的齿轮传动机构控制风轮桨叶的角度调整。
3.控制模式：一般来说，变桨系统可以采用定角控制模式和变角控制模式。
定角控制模式适用于大部分工况，根据实时风速的大小选择恰当的桨叶角度。
而变角控制模式则可以在遇到特定工况时，根据不同的发电机输出功率等参数来调整桨叶角度。
4.安全保护机制：变桨系统还需要具备一定的安全保护机制，以应对突发情况。
比如，当变桨控制系统出现故障时，可以自动切断桨叶的调整功能，确保风轮系统的稳定运行。
二、变桨系统维护为确保变桨系统的正常运行和延长其使用寿命，需要进行定期的维护和保养。
下面是一些常见的维护措施：1.日常巡检：定期对变桨系统进行巡视，检查主轴、传动电机以及传动装置的工作情况。
特别要关注是否存在松动、磨损或损坏等问题，并及时进行维修或更换。
2.清洁保养：通过对变桨系统的清洁保养，去除积灰、杂物等异物，防止其对系统的正常运行产生影响。
3.润滑维护：应定期对润滑系统进行检查，确保润滑油的质量符合要求，并及时更换润滑油，以保持传动装置的正常运转。
4.故障排除：一旦发现变桨系统出现异常情况，应及时排除故障。
对于无法解决的故障，应请专业维修人员进行处理。
5.数据分析：通过对变桨系统监测数据的分析，可以及时发现潜在的问题和异常，对系统进行精确的调整和维护。
综上所述，变桨系统的原理是通过感知风速和发电机输出功率等参数，控制风轮桨叶角度的调整，以实现最佳风能转换效率。
为保证变桨系统的正常运行和延长使用寿命，需要定期进行维护和保养，包括日常巡检、清洁保养、润滑维护、故障排除和数据分析等措施。
风力发电机组变桨系统的设计与优化
风力发电机组变桨系统的设计与优化1. 引言风力发电是一种可再生能源的重要组成部分，风力发电机组的性能直接影响着发电效率和运行成本。
变桨系统作为风力发电机组的核心部件之一，对于风力发电的效率和可靠性具有重要作用。
本文将探讨风力发电机组变桨系统的设计与优化，旨在提高发电效率和降低运行成本。
2. 风力发电机组的变桨系统风力发电机组变桨系统主要包括桨叶、桨叶轴承、变桨机构和控制系统等部分。
桨叶通过变桨机构连接到发电机组的主轴上，根据风速和转速的变化，调节桨叶的角度以获得最佳发电效果。
变桨系统的设计和优化将直接影响发电机组的功率输出和系统的可靠性。
3. 变桨系统的设计原则（1）轻量化设计：桨叶是风力发电机组的核心部件，其质量直接影响转速和稳定性。
因此，在变桨系统的设计中，需要选择轻量化材料，并合理设计桨叶的结构，以降低整体质量，提高转速和响应速度。
（2）可靠性设计：风力发电机组通常处于复杂的气候环境下运行，如强风、冰雪等。
因此，变桨系统的设计需要考虑系统的可靠性和抗风能力，确保在恶劣环境下仍能正常运行。
（3）高效控制：变桨系统的控制是关键，需要根据风速和转速的变化，实时调节桨叶的角度，以获得最佳的发电效果。
因此，需要采用高效的控制算法和传感器，提高响应速度和控制精度。
4. 变桨系统的优化方法（1）结构优化：通过有限元分析等方法对桨叶和变桨机构的结构进行优化，以提高刚度和辨识度，降低振动和噪声，并达到减负荷的效果。
（2）控制算法优化：通过数学建模和仿真，针对不同的风速和转速，优化变桨系统的控制算法，确保桨叶角度的调节与实际运行环境的需求相匹配。
（3）传感器优化：选择高精度和高可靠性的传感器，如风速传感器和角度传感器，准确获取变桨系统所需的实时数据，并将其输入到控制系统中。
5. 变桨系统的未来发展趋势（1）智能化：随着人工智能和大数据技术的快速发展，未来的变桨系统将趋向于智能化，可以通过学习和优化算法，自动调整桨叶的角度，并根据实时数据进行预测和预防故障。
低温型风力发电用变桨系统的结构分析与优化
低温型风力发电用变桨系统的结构分析与优化引言：风力发电作为一种清洁、可再生的能源形式，受到越来越多的关注。
而变桨系统作为风力发电机组中至关重要的部分，对提高风能利用效率起着关键作用。
本文将对低温型风力发电用变桨系统的结构进行详细分析，并针对其存在的问题提出优化建议。
一、低温型风力发电用变桨系统的结构分析1. 主要构成：低温型风力发电用变桨系统主要由电机、变速器、偏航装置、液压控制系统和桨叶等部分组成。
2. 结构特点：低温型风力发电用变桨系统相对于常规型风力发电系统，具有更好的适应低温环境的能力。
其主要结构特点包括：采用低温风扇叶片，多采用液压驱动，具有更好的低温下启动和运行稳定性。
3. 工作原理：低温型风力发电用变桨系统通过叶片受力来获取风能，通过电机和变速器转换为电能输出。
偏航装置可以根据风向调整桨叶的角度，保证风能的最大化利用。
二、低温型风力发电用变桨系统存在的问题1. 低温环境对材料性能的要求高：低温环境对变桨系统的各个组成部分材料的性能要求很高，特别是桨叶的材质需要具备良好的耐低温性能。
当前存在的问题是，部分材料在极端低温条件下易受到破裂和脆化，导致系统的可靠性下降。
2. 风力发电机组的风能损失：由于偏航装置的设计和结构不够优化，风力发电机组存在着较大的风能损失。
在低温环境下，偏航装置的灵活性降低，桨叶的角度调整不够灵敏，导致系统的发电效率下降。
三、低温型风力发电用变桨系统的优化建议1. 选择适宜的材料：在低温环境下，合理选择具备优良耐低温性能的材料非常重要。
对于桨叶等关键部件，可以采用特殊的低温合金材料，提高其抗破裂和脆化能力。
2. 优化偏航装置的设计：优化偏航装置的设计，采用更灵活、精确的角度调整机构，提高桨叶的角度调整灵敏度，减少风能损失。
应注意在低温环境下偏航装置的性能稳定性。
3. 引入智能控制系统：引入智能控制系统，通过传感器实时监测风速和风向等参数，对变桨系统进行自动调节和优化。
变桨系统在海上风力发电装置中的电能转化及其优化研究
变桨系统在海上风力发电装置中的电能转化及其优化研究随着能源需求的不断增长和环境问题的日益突出，可再生能源的开发与利用已成为世界各国关注的焦点之一。
其中，风力发电作为一种清洁、可再生的能源形式，具有巨大的潜力。
在海上风力发电装置中，变桨系统是一种重要的关键技术，能够将风能转化为电能，并发挥提高发电效率的作用。
本文将探讨变桨系统在海上风力发电装置中的电能转化及其优化研究。
海上风力发电装置是指安装在海上的风力发电机组。
其主要由风力发电机、塔架、变桨系统、变速器和发电机等组成。
其中，变桨系统又是海上风力发电装置中最为关键的一个部分，其功能是根据风的方向和强度，调整风轮的转动速度和叶片的角度，以提高风能的利用效率。
首先，变桨系统可以在不同的风速条件下调整风轮的转动速度。
在风速较小的情况下，变桨系统可以使风轮以较低的速度旋转，以避免由于过高的转速而造成的机械损伤。
而在风速较大的情况下，变桨系统可以使风轮以较高的速度旋转，以提高发电机的输出功率。
通过根据风速的变化调整风轮的转速，变桨系统可以有效地利用风能，提高风力发电装置的发电效率。
其次，变桨系统可以调整叶片的角度，以最大程度地捕捉风能。
在不同的风向下，变桨系统可以自动调整叶片的角度，使风力垂直吹向叶片，从而将风能转化为旋转轴的机械能。
通过调整叶片的角度，可以使叶片的風阻力最小化，减少机械能的损失，并提高风力发电机的效率。
此外，变桨系统还可以通过调整叶片的角度，使风力发电装置在不同的风速条件下都能够稳定运行，提高装置的可靠性和稳定性。
为了进一步优化变桨系统的电能转化效率，研究人员通过改进变桨系统的控制算法和创新设计变桨系统的结构，实现了一系列的优化措施。
例如，研究人员提出了基于模糊控制和神经网络的变桨系统控制算法，以提高变桨系统的响应速度和精度，并使其能够适应复杂多变的风场环境。
此外，还有研究人员改进了变桨系统的叶片结构，通过使用先进的材料和工艺，减小叶片的重量和尺寸，提高变桨系统的转动效率。
风力发电机组变桨系统的分析与研究
日
风 力 发 电
Ｒ
况下 通 电， 则会 产生高 于整流 器正常工 作 电流 的输
入 浪涌 电流 ， 远高 于正常工作 电流 的峰值 。抑 制通 电浪涌 电流 的方法是 加入抑 制 电路 ， 这 样会使 体积 增大 。因此 ， 设 想能不能把开关 电源 Ｎ Ｇ ５ 拿 到轮毂 外面放到机舱里 ， 三个变桨柜公用一个 ， 如图４ 所示 。
开关 信号 、 叶片 角度 ＜ ３ ． ５ 。 时没有 ０ 。 接 近开关信号 、
变频器 故 障、 旋 编故 障。 只要 出现 任意一 个就执 行 紧急停 机［ １ 。
Ｕ Ｐ Ｓ （ 超 级 电容 ） 供 电。 当 电源（ Ｎ Ｇ ５） 出现 故 障不 能正常工作 时 ， ＵＰ Ｓ还能使变桨 电动机正常工作 （ 旋
速度 绝对 值 ＞ １ ４ ｒ ／ ｍｉ ｎ 、 叶片角 度 ＞ ６ ． ５ 。 时有 ０ 。 接 近
桨 电动 机 的各 种信 号 ， 进 行相 应 的控 制 。旋 转 编码
器 采用绝 对 和增量 混合 式 ， 检测 桨 叶的角 度送 给主 控 与变桨 控制器 形成 一个 闭环控制 ； 计算 出变桨 速 度送 给 Ｂ Ｃ ３ １ ５ ０构成 闭环频率控 制 。变桨 电动机有
＿ ＿ 一一 一
Ｐ ｉ ｔ ｃ ｈ ｂ ｏ ｘ ２
一
～
一
一 一＿ ５ ｉ ４ ＿一
Ｐ ｉ ｔ ｃ ｈ ｂ ｏ ｘ ３
参 考 文 献
［ １ ］ 王明江． 变桨培训 ． 新疆金风科技股份有限公 司， ２ ０ ０ ７ ． ［ ２］ 廖明夫 ， Ｒ ． Ｇａ ｓ ｃ ｈ ， Ｊ ． Ｔ ｗｅ ｌ ｅ ． 风力发 电技术 ［ Ｍ］ ． 西北工
风力发电变桨控制系统设计研究
风力发电变桨控制系统设计研究风力发电是一种利用风能将风能转化为电能的技术。
在风力发电过程中，变桨控制系统是一个非常重要的组成部分，它的设计和研究对于风力发电的效率和可靠性至关重要。
变桨控制系统的主要功能是根据风力大小和风向变化情况来控制风力发电机的桨叶角度，以获得最佳的能量转化效率。
变桨控制系统需要根据风力的实时测量数据来进行桨叶的角度调整，以确保风力发电机在不同的风速条件下能够始终工作在最佳状态。
在变桨控制系统的设计过程中，需要考虑以下几个方面：1.传感器选择和位置安装：为了准确测量风力的大小和方向，需要选择合适的传感器，并将其安装在合适的位置。
传感器的选择和位置安装是变桨控制系统设计的重要环节，它对于系统的准确性和可靠性有着至关重要的影响。
2.数据采集和处理：变桨控制系统需要实时采集和处理风力传感器的数据，并根据这些数据来调整桨叶的角度。
数据采集和处理过程需要高速、高精度的硬件和软件支持，以确保数据的实时性和准确性。
3.控制算法设计：控制算法的设计是变桨控制系统设计的核心环节。
控制算法需要根据实时的风力数据来决定桨叶的调整角度，以实现最佳的能量转化效率。
控制算法设计需要考虑风力的大小、风向的变化以及系统的动态响应能力等因素，以确保系统能够稳定工作并且具有较好的抗干扰能力。
4.系统建模和仿真：在变桨控制系统设计的过程中，建立系统的数学模型是非常重要的。
系统建模可以帮助我们理解系统的工作原理和动态特性，并根据模型进行仿真和优化设计。
系统建模和仿真可以有效减少实际试验的成本和风险，并帮助我们更好地了解系统的性能和可靠性。
总之，风力发电变桨控制系统的设计和研究对于提高风力发电的效率和可靠性具有重要的意义。
在设计过程中，需要考虑传感器选择和位置安装、数据采集和处理、控制算法设计以及系统建模和仿真等方面的问题。
通过合理的设计和研究，可以提高风力发电的效率和可靠性，进一步推动可再生能源的发展。
风力发电机变桨系统
风力发电机变桨系统风力发电机变桨系统摘要：变浆系统是风力发电机的重要组成部分，本文围绕风力发电机变浆系统的构成、作用、控制逻辑、保护种类和常见故障分析等进行论述。
关键词：变桨系统；构成；作用；保护种类；故障分析1 综述变桨系统的所有部件都安装在轮毂上。
风机正常运行时所有部件都随轮毂以一定的速度旋转。
变桨系统通过控制叶片的角度来控制风轮的转速，进而控制风机的输出功率，并能够通过空气动力制动的方式使风机安全停机。
风机的叶片（根部）通过变桨轴承与轮毂相连，每个叶片都要有自己的相对独立的电控同步的变桨驱动系统。
变桨驱动系统通过一个小齿轮与变桨轴承内齿啮合联动。
风机正常运行期间，当风速超过机组额定风速时（风速在12m/s到25m/s之间时），为了控制功率输出变桨角度限定在0度到30度之间（变桨角度根据风速的变化进行自动调整），通过控制叶片的角度使风轮的转速保持恒定。
任何情况引起的停机都会使叶片顺桨到90度位置（执行紧急顺桨命令时叶片会顺桨到91度限位位置）。
变桨系统有时需要由备用电池供电进行变桨操作（比如变桨系统的主电源供电失效后），因此变桨系统必须配备备用电池以确保机组发生严重故障或重大事故的情况下可以安全停机（叶片顺桨到91度限位位置）。
此外还需要一个冗余限位开关（用于95度限位），在主限位开关（用于91度限位）失效时确保变桨电机的安全制动。
由于机组故障或其他原因而导致备用电源长期没有使用时，风机主控就需要检查备用电池的状态和备用电池供电变桨操作功能的正常性。
每个变桨驱动系统都配有一个绝对值编码器安装在电机的非驱动端（电机尾部），还配有一个冗余的绝对值编码器安装在叶片根部变桨轴承内齿旁，它通过一个小齿轮与变桨轴承内齿啮合联动记录变桨角度。
风机主控接收所有编码器的信号，而变桨系统只应用电机尾部编码器的信号，只有当电机尾部编码器失效时风机主控才会控制变桨系统应用冗余编码器的信号。
2 变浆系统的作用根据风速的大小自动进行调整叶片与风向之间的夹角实现风轮对风力发电机有一个恒定转速；利用空气动力学原理可以使桨叶顺浆90°与风向平行，使风机停机。
海上风力发电的变桨系统设计与优化
海上风力发电的变桨系统设计与优化引言：在当今全球能源危机日益严峻的背景下，清洁能源的开发和利用变得尤为重要。
作为可再生能源的重要组成部分，风能被广泛认可为一种绿色、可持续的能源来源。
而海上风力发电作为风能开发的重要领域，具有更大的潜力和更可靠的风能资源。
本文将着重讨论海上风力发电的变桨系统设计和优化。
一、海上风力发电简介海上风力发电是将风能转化为电能的一种方法，在海洋上利用风能资源进行发电。
相比陆地风电，海上风力发电具有更稳定的风能资源和更大的潜力。
目前，海上风力发电已经在部分地区得到广泛应用，但还需要进一步改进和优化系统设计，以提高发电效率和可靠性。
二、变桨系统的作用变桨系统是海上风力发电站的关键组成部分之一，主要用于控制风机桨叶的角度，以调整风机受风面积。
通过变桨系统的控制，可以使风机在不同风速下保持在最佳转速范围内，从而实现最大的发电效率。
三、变桨系统的设计要求1. 高可靠性和稳定性：海上风力发电站的运行环境复杂恶劣，系统设计需要考虑强风和海浪的影响，确保系统的可靠性和稳定性，减少故障率和维护成本。
2. 高效转动机构：提高转动机构的效率，减少能量损失。
合理选择传动装置和轴承，降低能量消耗和摩擦损失。
3. 精确的控制系统：变桨系统需具备灵敏的控制系统，及时响应各种风速变化，实现桨叶角度的精确调整，以保持最佳发电效率。
4. 结构轻量化：海上风力发电站的变桨系统需要在满足强度要求的前提下尽可能减轻重量，以减少海上安装和维护的困难。
四、变桨系统的优化方向1. 材料选择与结构设计：通过合理的材料选择和结构设计，可以实现变桨系统的轻量化和强度提升。
例如，使用高强度、耐腐蚀的材料，结构设计中采用可靠的连接方式和抗风压设计等。
2. 传动机构优化：传动机构的设计对变桨系统的效率和可靠性至关重要。
合理选择传动装置、减小传动摩擦和能量损失，以提高转动效率和延长传动装置寿命。
3. 控制系统优化：控制系统的优化主要包括控制算法的改进和系统稳定性的提升。
风力发电机组变桨系统分析
目录摘要： (1)一、变桨系统论述 (1)（一）变桨距机构 (1)（二）电动变桨距系统 (2)1. 机械部分 (3)2. 气动制动 (4)二、变桨系统 (4)（一）变桨系统的作用 (4)1. 功率调节作用 (4)2. 气动刹车作用 (4)（二）变桨系统在轮毂内的拓扑结构与接线图 (6)三、变桨传感部分 (8)（一）旋转编码器 (8)（二）接近开关 (9)四、变桨距角的调节 (10)（一）变桨距部分 (10)（二）伺服驱动部分 (11)总结 (13)参考文献： (13)致谢 (14)风力发电机组変桨系统分析摘要：风能是一种清洁而安全的能源,在自然界中可以不断生成并有规律得到补充,所以风能资源的特点十分明显,其开发利用的潜力巨大。
本文对大型的兆瓦级风力发电机变桨系统做简单的介绍。
变速恒频技术于20世纪90年代开始兴起，其中较为成功的有丹麦VESTAS的V39/V42-600KW机组和美国的Zand的Z-40-600KW机组。
变速恒频风力发电机组风轮转速随着风速的变化而变化，可以更有效地利用风能，并且通过变速恒频技术可得到恒定频率的电能。
变速恒频机组的显著优点已得到风力机生产厂和研究机构的普遍承认，将成为未来的主流机型。
但变速恒频风力机组仅通过电机自身调节要达到减小风速波动冲击的目的是很困难的，因为自然界中风速瞬息万变，特别是在额定风速以上工况，风力机有可能受到很大的静态或动态冲击。
但是变桨风机不会产生此类情况，变桨距是指大型风力发电机安装在轮毂上的叶片借助控制技术和动力系统改变桨距角的大小从而改变叶片气动特性，使桨叶和整机的受力状况大为改善。
近年来，电动变桨距系统越来越多的应用到风力发电机组当中，直驱型风力发电机组为变桨距调节型风机，叶片在运行期间，它会在风速变化的时候绕其径向轴转动。
因此，在整个风速范围内可能具有几乎最佳的桨距角和较低的切入风速，在高风速下，改变桨距角以减少功角，从而减小了在叶片上的气动力。
浅谈风力发电机组变桨系统的结构及原理
浅谈风力发电机组变桨系统的结构及原理摘要：本文主要对风力发电机组变桨系统的结构与原理进行分析，分析了变桨距控制的基本规律，变桨系统的保护原理及结构等，从而对变桨系统有一个深入了解。
关键词：变桨系统；风力发电机组；桨叶风力发电机组变桨系统是风机的重要组成部分，主要是根据风速的大小及时改变桨距角，对风能进行最大化的利用，同时改变桨距角对风机进行刹车，是风机的重要一部分。
变桨系统根据风机启停机、维护、急停、变桨等要求，按照风机主控PLC通过PROFIBUS DP通讯发送调节桨距角的指令，使三个叶片同时调节相同的角度与速度，向主控PLC传送相关的运行参数和状态信息，从而保证风机安全稳定的运行。
基本功能：通过改变风机的桨叶角度应对随时变化的风速，来达到调节功率的目的，保障风力发电机机组正常稳定发电。
工作原理：变桨系统接收风机主控PLC的指令，改变风机的叶片角度来实现: 当风机在额定风速时，桨叶始终保持在开桨状态附近，最大程度的利用风能，从而达到风机最优的输出功率；当风速超过安全风速时或触动安全链报故障的情况下，旋转桨叶至90°位置，实现急停顺桨，保证风机的安全。
在急停顺桨状态下，变桨系统是在风机的控制系统外独立运行的，这样可以避免因风机主控系统发生故障或者死机而不能紧急顺桨。
变桨系统由变桨柜柜体、充电器、变桨电机驱动器、超级电容、 DC-DC 24V 电源系统、变桨电机、电源分配器模块等组成。
1、变桨柜柜体变桨系统中所有控制元器件都被安装在变桨柜柜体之内。
柜体对外部的风、雨水、沙尘、腐蚀性气体有防护作用，使柜内的元器件免受外部环境的损害。
2、变桨电机驱动器变桨电机驱动器是接收风机主控的控制信号，根据风速大小控制电机的转动方向和速度进行调节。
3、充电器充电器的作用是将400V交流电源转换成85V直流电源，为变桨电机驱动器及超级电容器提供能量, 在充电器内外部各设置一个单联拨码开关用于控制端子的短接与断开，实现远程控制充电器启停。
风力发电机组变桨系统设计原理解析
风力发电机组变桨系统设计原理解析风力发电机组是一种利用风能转化为电能的装置，其中变桨系统是其重要组成部分。
本文将从设计原理的角度对风力发电机组变桨系统进行深入解析。
一、风力发电机组概述风力发电机组是利用风能转动叶片，通过传动系统驱动发电机发电的设备。
其工作原理是当风速达到一定程度时，叶片受到风的作用而转动，进而带动转子旋转，驱动发电机发电。
而变桨系统则在风力发电机组运行过程中起着至关重要的作用。
二、变桨系统功能风力发电机组在运行过程中，受到风速的影响较大。
为了更好地利用风能，确保发电机组的稳定性和安全性，变桨系统被设计为一个关键的控制系统。
其主要功能包括：1. 调节叶片角度，使风力发电机组在不同风速下的转速和输出功率保持在合适的范围内；2. 在风速发生突变或超出限定范围时，自动调整叶片角度，保障风力发电机组的安全运行；3. 提高风力发电机组的整体效率，最大限度地利用风能资源。
三、变桨系统设计原理1. 变桨系统传动机构变桨系统的传动机构通常由变桨电机、减速器和转动叶片的机械结构组成。
变桨电机通过减速器驱动叶片转动，控制叶片的角度。
减速器的设计是为了将电机高速输出的转矩通过减速装置转化为叶片所需要的低速高转矩输出。
2. 变桨系统控制原理变桨系统的控制原理主要包括两种方式：定时控制和传感器反馈控制。
定时控制是通过风力发电机组的控制系统按照预设的时间对叶片进行角度调整；传感器反馈控制则是通过传感器实时监测风速和叶片位置，根据监测数据对叶片的角度进行调整。
3. 变桨系统安全保护为了保证风力发电机组的运行安全，变桨系统还配备有多种安全保护装置。
例如，当风力发电机组运行中出现极端状况时，比如风速过大或传感器失效等，变桨系统会自动切断电源，避免事故的发生。
四、变桨系统的发展趋势随着风力发电技术的不断发展，变桨系统也在不断创新和完善。
未来的风力发电机组变桨系统将更加智能化、自动化和高效化。
例如，采用先进的控制算法和传感技术，实现对叶片角度的精准控制，提高风力发电机组的发电效率。
海上风力发电的变桨系统电力输出特性分析与优化研究
海上风力发电的变桨系统电力输出特性分析与优化研究随着全球对可再生能源的需求不断增加，海上风力发电作为一种清洁且可持续的能源供应方式得到了广泛关注。
在海洋环境中，风能资源较为丰富且稳定，因此海上风力发电具有较高的发展潜力。
变桨系统作为海上风力发电机组的重要组成部分，对其电力输出特性进行分析与优化是提高海上风力发电效率和稳定性的关键。
首先，我们需要对海上风力发电机组的变桨系统进行电力输出特性分析。
变桨系统的主要功能是根据风速、角度和海上风场的特点，调整整个风力机组的转速和转向。
通过研究风能与转速转向间的关系，可以推导出变桨系统的输出功率特性曲线。
这个曲线通常具有一个峰值，在峰值左右风速较低时输出功率较低，超过峰值风速后输出功率下降。
在实际应用中，需要综合考虑风力机组工作的经济性和可靠性因素，选取合适的风速范围进行电力输出。
其次，我们可以通过优化变桨系统来提高海上风力发电的电力输出特性。
其中一个重要的优化方法是风场预测和预测控制算法的应用。
通过监测和分析海上风场数据，可以提前预测到未来一段时间内的风速、风向等信息，并根据预测结果调整变桨系统的工作状态。
在风速较低时，可以适当增大桨叶转角，提高输出功率；在风速较高时，可以减小桨叶转角，保证系统的安全运行。
通过这种预测控制算法的优化，可以最大限度地利用风能资源，提高海上风力发电机组的电力输出特性。
此外，变桨系统的结构设计和材料选择也对电力输出特性有重要影响。
例如，桨叶的形状和长度会影响桨叶的气动特性，直接影响到变桨系统的输出功率。
合理设计桨叶的几何结构和尺寸，选择适当的材料，可以降低系统的摩擦阻力和振动，提高转速和转向的响应速度，进而改善电力输出特性。
此外，还可以考虑使用轻量化材料和新型涂层技术，以降低桨叶的重量和水分阻力，提高整个系统的效率和稳定性。
最后，在进行海上风力发电的变桨系统电力输出特性分析与优化研究时，我们还需要考虑到运维的可行性和成本效益。
海上风力发电机组的维护和检修困难度较大，因此在设计变桨系统时需要考虑到方便的维护和修复，在系统结构上尽量降低故障率。
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风力发电变桨系统浅析
摘要：变速变桨距风力发电机组目前已成为大型风力发电机组研发和应用的主流机型。
变桨距机构就是在额定风速附近,依据风速的变化随时调节桨距角,控制吸收的机械能,一方面保证获取最大的能量(与额定功率对应),同时减少风力对风力机的冲击。
在并网过程中,变桨距控制还可实现快速无冲击并网。
关键词：变桨、限位开关、羽状位置、变频
一、变桨系统概述
变桨控制系统实现风力发电机组的变桨控制，在额定功率以上通过控制叶片桨距角使输出功率保持在额定状态。
变桨控制柜主电路采用交流--直流--交流回路，由逆变器为变桨电机供电，变桨电机采用交流异步电机，变桨速率由变桨电机转速调节。
二、机械和电气部分
1、变桨控制系统包括三个主要部件，驱动装置－电机，齿轮箱和变桨轴承。
从额定功率起，通过控制系统将叶片以精细的变桨角度向顺桨方向转动，实现风机的功率控制。
如果一个驱动器发生故障，另两个驱动器可以安全地使风机停机。
2、变桨控制系统是通过改变叶片迎角，实现功率变化来进行调节的。
通过在叶片和轮毂之间安装的变桨驱动电机带动回转轴承转动从而改变叶片迎角，由此控制叶片的升力，以达到控制作用在风轮叶片上的扭矩和功率的目的。
在90度迎角时是叶片的工作位置。
在风力发电机组正常运行时，叶片向小迎角方向变化而达到限制功率。
一般变桨角度范围为0～86度。
采用变桨矩调节，风机的启动性好、刹车机构简单，叶片顺桨后风轮转速可以逐渐下降、额定点以前的功率输出饱满、额定点以的输出功率平滑、风轮叶根承受的动、静载荷小。
变桨系统作为基本制动系统，可以在额定功率范围内对风机速度进行控制。
3、变桨控制系统有四个主要任务：
（1）通过调整叶片角把风机的电力速度控制在规定风速之上的一个恒定速度。
（2）当安全链被打开时，使用转子作为空气动力制动装置把叶片转回到羽状位置（安全运行）。
（3）调整叶片角以规定的最低风速从风中获得适当的电力。
（4）通过衰减风转交互作用引起的震动使风机上的机械载荷极小化。
4、变桨轴承
（1）变桨轴承的结构
从剖面图可以看出，变桨轴承采用深沟球轴承深沟球轴承主要承受纯径向载荷，也可承受轴向载荷。
承受纯径向载荷时，接触角为零。
位置1：变桨轴承外圈螺栓孔，与轮毂联接。
位置2：变桨轴承内圈螺栓孔，与叶片联接。
位置3：S标记，轴承淬硬轨迹的始末点，此区轴承承受力较弱，要避免进入工作区。
位置4：位置工艺孔。
位置5：定位销孔，用来定位变桨轴承和轮毂。
位置6：进油孔，在此孔打入润滑油，起到润滑轴承作用。
位置7：最小滚动圆直径的标记（啮合圆）。
（2）变桨轴承的工作原理
当风向发生变化时，通过变桨驱动电机带动变桨轴承转动从而改变叶片对风向地迎角，使叶片保持最佳的迎风状态，由此控制叶片的升力，以达到控制作用在叶片上的扭矩和功率的目的。
（3）变桨轴承的基本维护
检查变桨轴承:表面清洁度,表面防腐涂层,轴承齿面情况,螺栓的紧固,变桨轴承润滑。
5、变桨驱动
（1）组成部分
变桨驱动装置由变桨电机和变桨齿轮箱两部分组成。
变桨驱动装置通过螺柱与轮毂配合联接。
变桨齿轮箱前的小齿轮与变桨轴承内圈啮合，并要保证啮合间隙应在0.2～0.5mm之间，间隙由加工精度保证，无法调整。
（2）工作原理
变桨齿轮箱必须为小型并且具有高过载能力。
齿轮箱不能自锁定以便小齿轮驱动。
为了调整变桨，叶片可以旋转到参考位置，顺桨位置，在该位置叶片以大约双倍的额定扭矩瞬间压下止挡。
这在一天运行之中可以发生多次。
通过短时间使变频器和电机过载来达到要求的扭矩。
齿轮箱和电机是直联型。
变桨电机是含有位置反馈和电热调节器的伺服电动机。
电动机由变频器连接到直流母线供给电流。
（3）变桨驱动装置的基本维护
检查变桨驱动装置:表面清洁度,表面防腐层,变桨电机是否过热、有异常噪声等,变桨齿轮箱润滑油,变桨驱动装置螺栓紧固。
6、顺桨接近撞块和变桨限位撞块
变桨限位开关顺桨接近撞块
（1）工作原理
当叶片变桨趋于最大角度的时候，变桨限位撞块会运行到缓冲块上起到变桨缓冲作用，以保护变桨系统，保证系统正常运行。
当叶片变桨趋于顺桨位置时，顺桨接近撞块就会运行到顺桨感光装置上方，感光装置接受信号后会传递给变桨系统，提示叶片已经处于顺桨位置。
（2）顺桨接近撞块和变桨限位撞块的基本维护
检查顺桨感光装置的清洁度，以保证能够正常接受感光信号，检查易损件缓冲块，做到及时更换，检查各撞块螺栓的紧固。
7、极限工作位置撞块和限位开关
极限工作位置撞块和限位开关极限工作位置撞块
（1）工作原理
当变桨轴承趋于极限工作位置时，极限工作位置撞块就会运行到限位开关上方，与限位开关撞杆作用，限位开关撞杆安装在限位开关上，当其受到撞击后，限位开关会把信号通过电缆传递给变频柜，提示变桨轴承已经处于极限工作位置。
（2）限位开关的基本维护
检查开关灵敏度，是否有松动，检查限位开关接线是正常，手动刹车测试，检查螺栓紧固。
8、变频柜和电池柜
（1）工作原理
电池柜系统的目的是保证变桨系统在外部电源中断时可以安全操作。
电池柜是通过二极管连接到变频器共用的直流母线供电装置，在外部电源中断时由电池供应电力保证变桨系统的安全工作。
每一个变频器都有一个制动断路器在制动状态时避免过高电压。
变频器应留有与PLC的通讯接口。
（2）变频柜和电池柜基本维护
变浆控制柜/轮毂之间缓冲器是否有磨损，变浆控制柜内接线是否有松动，柜子支架及柜子的螺栓紧固。
9、变桨系统的控制回路
由于变桨柜是在转动的轮毂里面，所以在静止机舱的线路到达旋转的轮毂必须要通过滑环。
机舱线到达轮毂内的接线：通过滑环的线路主要分成4部分，550VDC，230V AC，24VDC安全链，CAN总线这几部分组成。
550VDC是为变频器提供动力电源的，230V AC为变桨柜提供加热和备用电源，24V主要是安全链信号线，CAN总线是变频器与主PLC通讯用的。
24V接线是通过一个插座接入的，其接线图如下图：
图2-3
如图所示，1 2号脚是为散热风扇提供电源的，3号脚接入限位开关然后串到下一个变桨箱柜，4 5号都是安全链，最后限位开关通过此线接到安全链回路，
6 7号脚是安全链回路的，8 9号也是安全链回路，11 12 13是CAN总线。
还有从此处分开的，到下一个变桨控制柜的。
三、变桨系统常见故障原因及处理方法
(1)变桨电机温度高
原因：温度过高多数由于线圈发热引起，有可能是电机内部短路或外载负荷太大所致，而过流也引起温度升高。
处理方法：先检查可能引起故障的外部原因：变桨齿轮箱卡瑟、变桨齿轮夹有异物；再检查因电气回路导致的原因，常见的是变桨电机的电器刹车没有打开，可检查电气刹车回路有无断线、接触器有无卡瑟等。
排除了外部故障再检查电机内部是否绝缘老化或被破坏导致短路。
(2)变桨错误
原因：变桨控制器内部发出的故障，变桨控制器OK信号中断，可能是变桨控制器故障，或者信号输出有问题。
处理方法：此故障一般与其他变桨故障一起发生，当中控器故障无法控制变桨时，PITCH CONTROLLER OK信号为0，可进入轮毂检查中控器是否损坏，一般中控器故障，会导致无法手动变桨，若可以手动变桨，则检查信号输出的线路是否有虚接、断线等，前面提到的滑环问题也能引起此故障。
(3)变桨失效
原因：当风轮转动时，机舱柜控制器要根据转速调整变桨位置使风轮按定值转动，若此传输错误或延迟300ms内不能给变桨控制器传达动作指令，则为了避免超速会报错停机。
处理方法：机舱柜控制器的信号无法传给变桨控制器主要由信号故障引起，影响这个信号的主要是信号线和滑环，检查信号端子有无电压，有电压则控制器将变桨信号发出，继续查机舱柜到滑环部分，若无故障继续检查滑环，再检查滑环到轮毂，分段检查逐步排查故障。
四、结束语
本文对变桨系统的结构和特点进行了介绍，着重对机械部分及故障处理做了浅析，可以作为工作人员的参考，在具体部分需进一步深入。
【参考文献】：
[1] 叶杭冶《风力发电机组的控制技术》[M].机械工业出版社.2005-05:78-103
[2] 苏绍禹《风力发电机设计与维护》[M].中国电力出版社.2005-06:65-71。