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1、LOGO风风力力力力发电发电偏航控偏航控偏航控偏航控制系制系制系制系统统的研究的研究的研究的研究 目目录v一一 风力力发电的概况的概况v二二 风力力发电偏航系偏航系统的的结构构v三三 风力力发电偏航系偏航系统的控制的控制过程程 v四四 风力力发电偏航系偏航系统的的设计要求要求 v五五 风力力发电偏航控制系偏航控制系统的控制原理的控制原理 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2.74109MW，其中可利用的风能为2107MW，比地球 风力发电上可开发利用的水能总量还要大10倍。风很早就被人们利用-主要是通过风车来抽水、磨面等，而现在，人们感兴趣的是如
2、何利用风来发电。 一 风力发展的概况 风力机的起源n风力机最早出现在三千年前风力机最早出现在三千年前,当时主要用于碾米和提水。当时主要用于碾米和提水。n第一台水平轴式风力机出现在十二世纪。第一台水平轴式风力机出现在十二世纪。 n在农场用来给牲畜和居民提水的风力机。在农场用来给牲畜和居民提水的风力机。n用来给无电地区农牧民供电的小型风力发电机。用来给无电地区农牧民供电的小型风力发电机。 根据全国根据全国风能理事会能理事会发布的全球布的全球风电市市场装机数据，装机数据，2011年，全年，全球新增球新增风电装机达到装机达到237669MW，以下是，以下是19962011年全球年全球风电每年新增装机容
3、量。每年新增装机容量。国外风力发电的发电 19962011年全球风电每年累计装机容量 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。 v 偏航系偏航系统概述概述 偏航系偏航系统是水平是水平轴式式风力力发电机机组不可缺少的不可缺少的组成之一成之一 v偏航系偏航系统的的结构构组成成 风力机的偏航系力机的偏航系统由偏航控制机构和偏航由偏航控制机构和偏航驱动机构两大部分机构两大部分组成，其成，其中偏航控制机构包括中偏航控制机构包括风向向风
4、速速传感器，偏航控制器，解感器，偏航控制器，解缆传感器。机械感器。机械驱动机构包括：，偏航机构包括：，偏航轴承，偏航承，偏航驱动装置，偏航制装置，偏航制动器，偏航器，偏航计数器。数器。以下是偏航控制系以下是偏航控制系统的的结构框构框图。 二 风力发电偏航系统的结构v风向向风速速传感器感器v偏航控制器偏航控制器 v解解缆传感器感器 偏航控制机构 风向风速传感器v偏航偏航轴承承 常用的偏航常用的偏航轴承有滑承有滑动轴承和承和回回转支承两种支承两种类型。滑型。滑动轴承常承常用工程塑料做用工程塑料做轴瓦，瓦，这种材料即种材料即使在缺少使在缺少润滑的情况下也能正常滑的情况下也能正常工作。工作。 偏航机械
5、驱动机构 偏航齿圈的结构简图 偏航驱动装置 驱动装置一般由驱动电动机或驱动马达、减速器、传动齿轮、轮齿间隙调整机构等组成。 偏航制动器 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。 偏航计数器偏航计数器是记录偏航系统旋转圈数的装置,当偏航系统旋转的圈数达到设计所规定的初级解缆和终极解缆圈数时,计数器则给控制系统发信号使机组自动进行解缆。计数器一般是一个带控制开关的蜗轮蜗杆装置或是与其相类似的程序。 三 风力发电偏航系统控制过程 在控制过程当中，我们根据风力发电机在偏航中的作用，就对系统进行分析，偏航系统的控制过程可以分为:在可用风速范围内,自动偏航
6、;超出可用风速范围时90度侧风;为防止电缆缠绕,自动解缆;在风机维修或故障时,人工偏航。 自动偏航 自动偏航是指风力发电机,根据风向与机舱的夹角,自动调整机舱位置,确保风轮能够准确对风,以实现风能的最大获取。 自动偏航示意图 90度侧风 90度侧风是指在出现特大强风等极端环境时,为了保证风力发电机的安全,停机时需要将风轮侧对风向的操作。 人工偏航 人工偏航是指当风力发电机自动偏航失效,在需要维修和人工解缆时,通过人工发送命令来控制风力发电机调向的操作。 自动解缆 由于自然风的随机性,风机的偏航方向也是不确定的。如风力发电机持续向同一方向转动,就会造成电缆缠绕,甚至绞断。因此解缆装置成为了风力发
7、电机偏航系统的一个重要部分。四 风力发电偏航系统设计要求 风力发电偏航控制系统在设计时,需要考虑各种条件：（1）环境条件， 如温度、湿度、阳光辐射、雨、冰雹、雪和冰、化学活性物质，近海环境需要考虑附加特殊条件。（2）电缆 ， 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, 必须使电缆有足够的悬垂量,在设计上要采用冗余设计。电缆悬垂量的多少是根据电缆所允许的扭转角度确定的。（3）解缆及扭缆保护，偏航转速，偏航液压系统。（4）润滑:偏航系统必须设置润滑装置,以保证驱动齿轮和偏航齿圈的润滑。目前国内的机组的偏航系统一般都采用润滑脂和润滑油相结合的润滑方式,定期更换润滑油和润滑脂。（5）
8、密封:偏航系统必须采取密封措施,以保证系统内的清结和相邻部件之间的运动不会产生有害的影响。（6）表面防腐处理:偏航系统各组成部件的表面处理必须适应风力发电机组的工作环境。风力发电机组比较典型的工作环境除风况之外,其他环境(气候)条件如热、光、腐蚀、机械、电或其他物理作用应加以考虑。五五 风力力发电偏航控制系偏航控制系统的功能及原理的功能及原理 v偏航控制系偏航控制系统的功能的功能 偏航控制系偏航控制系统主要具主要具备以下几个功能，一是以下几个功能，一是风向向标控制的自控制的自动偏航；偏航；二是人工偏航，按其二是人工偏航，按其优先先级别由高到低依次由高到低依次为：顶部机部机舱控制偏航、面控制偏航
9、、面板控制偏航、板控制偏航、远程控制偏航；三是程控制偏航；三是风向向标控制的控制的90侧风；四是自；四是自动解解缆。v偏航控制原理偏航控制原理 根据空气根据空气动力学中的力学中的贝兹理理论,风力机能力机能够从从风中捕中捕获并并输出的功率出的功率P的的表达式表达式为:式(4.1)中:P为风轮吸收的功率;p为空气密度;D为风轮扫掠的面积;CP为风力机的功率系数;v为风速。 偏航角e： 其中： W风向角度；T风力机叶轮角度。 （5-1）（5-2）当当风向与向与风力机叶力机叶轮迎迎风面法面法线方向角度差小于方向角度差小于180o时，偏航角，偏航角为： （5-3）通常，风向角度W是相对于叶轮迎风面法线方向角度，故取T0，偏航角度为： （5-4）如右图所示（叶轮迎风面以粗实线表示，虚线表示风力机处于迎风位置），电机正转，风力机机舱顺时针调向。 w180时e=360向-w机舱逆时针调向（5-5）放映完放映完毕 谢谢
