风力发电机组偏航系统提升功率一致性技术应用介绍

风力发电机组偏航系统提升功率一致性技术应用介绍

那顺勿力塔

巢湖槐林风电有限公司 安徽省合肥市巢湖市 238054

摘要：风力发电是一种清洁能源，近年来装机容量快速增长。偏航轴承是风电设备中最重要的零部件。偏航轴承性能与工况的好坏直接影响偏航系统甚至整个设备的性能。因此，研究偏航轴承的失效机理，提出合理化建议为改善轴承质量提供一定理论依据，对生产实践起到一定的指导意义。

关键词：风电机；偏航；系统；功率；一致性；分析

引言

风是风力发电机的动能来源。利用风时面临着不可避免的缺点是风速和风向的不确定性和间歇性。偏航系统的应用使风力发电机能够迎风运行，从而提高风能捕获效率。但是偏航误差的存在严重影响了风力发电机的发电效率和健康状况。统计数据显示，平均偏航角为15°时，风力发电机的年均功率损失可达13%。同时，偏航误差会提高主传动系统和风力发电机叶片的载荷，增加结构应力，进而减小部件疲劳寿命，提高风力发电机运行成本。因此，消除风力发电机的偏航误差至关重要，而对其进行可靠检测是基础。

1风力发电机组偏航系统基本内容

风力发电机组偏航系统主要由偏航驱动器、偏航轴承、偏航制动器、风速风向仪、偏航计数器等组成。1.偏航驱动器:接受主机控制器的指令驱动偏航转动。2.偏航轴承（偏航大齿圈）：支撑机舱与偏航减速器一起来实现机舱的迎风转动。3.偏航制动器:在偏航转动结束后,让机舱可靠的定位同时配合偏航减速器平稳地转动。4.风向传感器:跟风向标里面相应机构一起来控制机舱的方位,它传出的信号经主控制器判断对与错,会时时的对偏航减速器发出的指令。5.偏航计数器：测量机舱的精确位置；在机舱偏航超出限制时，检测到被触发的硬件开关。

2偏航液压制动回路原理

偏航液压制动系统可完成全压制动、阻尼偏航和零压解缆3个基本动作。(1)全压制动:风机正常工作时，需要保持机舱位置不动，此时电磁阀8，9．1，9．2均不通电，高压油液通过电磁阀8和流量阀7进入偏航制动器14，制动器在系统额定工作压力下对制动盘15进行夹紧刹车;(2)阻尼偏航:风机偏航对风时，制动器提供一定的阻尼力以保证机舱在偏航过程中的平稳可控，此时电磁阀8和9．2通电，通过溢流阀4．2建立起合适的背压使制动器产生相应的偏航阻尼力;3)零压解缆:风机持续往一个方向偏航角度过大时，为保证电缆的安全性，机组需要快速解缆，此时电磁阀9．1通电，制动器泄压松闸，不提供任何制动力。

3风力发电机组偏航系统在风力发电机机组中的应用

3.1自动解缆

当机舱向同一方向偏转2圈后,若风速小于切入风速且无功率输出时则停机、解缆；若有功率输出，则暂不自动解缆；若机舱继续向同一方向偏转到3圈时，则控制停机，解缆。若因故障自动解缆未成功，扭缆到4圈时，扭缆机械开关动作，报告故障，自动停机，等待人工解缆。

3.2数据处理

根据需要，从SCADA数据中获取风力发电机的风速、功率和偏航角数据。在进行异常值检测前需要对数据进行初步清洗。首先，处理数据集中风速和功率连续不变的数据，这类异常数据是由弃风限电等因素引起的；其次，清除由于通信设备、测量设备和计划外停机检修等造成的异常值，这类数据通常堆叠在功率曲线的底部；最后，将偏航角度控制在±50°，清除由低风速造成的偏航角极端值。

3.3偏航系统电气回路的改进措施

偏航接触器的所处的工作环境较恶劣，其中包括温度、振动、湿度以及盐雾等一系列因素对交流接触器的动态特性有不同程度的影响[5-6]。自然界的风随机性强，风速和风向变化频繁，风力发电机组偏航系统经常需要频繁启停以进行迎风控制。偏航接触器动作次数能达到偏航系统启停次数的一半，偏航接触器工作特性影响到其稳定运行及使用寿命。针对出现偏航接触器无法分断情况，本文提出了几种通过切除偏航电机主回路供电的有效、可靠改造方案。

4改造方案

4.1更换接触器

（1）定期更换接触器。更换频繁造成资源浪费且无法杜绝故障事故的发生。（2）采用新型的永磁交流接触器并设计控制回路与接触器进行配合工作，电路分正常工作电路和保护电路两部分。正常工作电路负责控制接触器进行正常的分断与吸合操作,保护电路则负责检测并触发保护装置进行强制分断保护[8]。这种方式采用的电气回路结构较为复杂且器件更换成本较高。

4.2调整偏航控制策略后的功率曲线及参数应用前提

1.不改变叶片安装角度；2.叶片表面不处理；3.叶片表面应用前后均无结冰和覆霜；4.不改变风速风向仪；5.除偏航控制策略外，不改变风力发电机组的任何运行参数；

4.3偏航系统主开关增加电动操作装置

偏航系统主开关F1加装电动操作装置，KM1、KM2不能够正常分断则通过F1的电动操作装置分断F1，切除偏航电机供电。机组正常运行时，偏航系统主开关F1合闸位置。偏航系统停止，出现偏航接触器KM1或KM2未分断，则PLC控制器控制主开关F1的分闸线圈YO得电，F1分闸切除偏航电机供电。该种改造方式，能控制偏航系统主开关的分合闸，电气回路结构较为复杂且电动操作装置成本较高。

5制动流量对制动系统的影响

偏航液压制动回路采用定值压力补偿型流量阀实现对制动流量大小的控制。当制动流量分别为0．4，0．6，0．8，1L/min时，进行零压转全压制动和阻尼制动转全压制动的过程仿真，制动器缸内压力曲。当制动流量为0．4L/min时，零压转全压制动的时间约为23s，阻尼制动转全压制动的时间约为19s，制动流量过小导致制动器刹车响应时间较长。当制动流量逐渐增大为1L/min时，制动器缸内建压时间显著缩短，制动系统响应性能大幅提高。因此，调整制动流量是优化偏航液压制动系统响应性能的简单有效方法。

结束语

本文提出了接触器作为常用的开关电器，其具有较高的使用寿命，但是必须考虑分断失效带来的问题和影响，以防止事故的发生。本文提出的是一类解决接触器无法分断而造成下游用电设备异常带电的方法。针对接触器发生无法分断的情况，为保证接触器下游用电设备的安全性，在主回路新增冗余接触器或者在上游的保护开关上增加电动操作机构用以分断回路，提高了供电可靠性。

参考文献

[1]宋春阳.风力发电机组偏航系统设计、选型和试验研究[D].湖南大学,2018.

[2]宁文钢,姜宏伟,王岳峰.风力发电机组偏航系统常见故障分析[J].机械管理开发,2018,33(11):67-68+116.

[3]管小兴,丹晨,高宏伟,白林迎.MW级风力发电机组液压制动系统研究[J].液压气动与密封,2018,38(11):54-58.