风力发电机组工作原理：探究工作中的奥秘

偏航系统是随动系统，当风向与风轮轴线偏离一个角度时，控制系统经过一段时间的确认后，会控制偏航电动机将风轮调整到与风向一致的方位。偏航控制系统框图如图5-11所示。

图5-11　偏航控制系统框图

就偏航控制本身而言，对响应速度和控制精度并没有要求，但在对风过程中风力发电机组是作为一个整体转动的，具有很大的转功惯量，从稳定性考虑，需要设置足够的阻尼。

风力发电机组无论处于运行状态还是待机状态（风速＞3.5m/s），均能主动对风。当机舱在待机状态已调向720°（根据设定），或在运行状态已调向1080°时，由机舱引入塔架的发电机电缆将处于缠绕状态，这时控制器会报告故障，风力发电机组将停机，并自动进行解缆处理（偏航系统按缠绕的反方向调向720°或1080°），解缆结束后，故障信号消除，控制器自动复位。

在风轮前部或机舱一侧，装有风向标，当风力发电机组的航向（风轮主轴的方向）与风向标指向偏离时，计算机开始计时。偏航时间达到一定值时，即认为风向已改变，计算机发出向左或向右调向的指令，直到偏差消除。

有多种方式可以监视电缆缠绕情况，除了在控制软件上编入调向记数程序外，一般可采用在电缆处直接安装传感器，最简单的传感器是一个行程开关，将其触点与电缆束连接，当电缆束随机舱转动到一定程度即拉动开关。以VESTAS V39型风力发电机组所安装的电缆缠绕传感器为例。该机组共有四个传感器用于监视电缆缠绕情况，如图5-12所示。

图5-12　电缆缠绕传感器信号图

S102——顺时针方向偏航。触点常开（0表示被禁止）。被起动时（1表示起动），表示电缆被沿顺时针方向缠绕1.8到4圈。

S103——逆时针方向偏航。触点常开（0表示被禁止）。被起动时（1表示起动），表示电缆被沿逆时针方向缠绕1.8到4圈。

S104——偏航停止。触点常开（1表示被起动）。被禁止时（0表示被禁止），表示电缆被沿顺时针或者逆时针方向缠绕大约3.8圈。(www.xing528.com)

S105——偏航脉冲。电缆每转过153°，这一信号会改变，控制器使用它检查偏航系统。

如果电缆被沿顺时针方向或者逆时针方向缠绕3.8圈，控制器改变风力发电机的状态到暂停状态，且电缆被自动展开。如果风力发电机不再产生能量且电缆被缠绕大约1.8到3.8圈，控制器改变机器的状态到暂停状态且电缆被自动展开。如果电缆缠绕位于顺时针方向1.8圈到逆时针方向1.8圈之间。风力发电机组进行自由调向，自动解缆系统不工作。

自动解除电缆缠绕可以通过人工调向来检验是否正常。当调向停止触点S104由常闭进入断开状态时，风力发电机组开始自动解除电缆缠绕，此时风力发电机组应不处于维修状态，因为自动调向功能在维修状态时无法执行。

风向传感器原理图如图5-13所示。风向标和风速仪安装在风力发电机组的玻璃钢机舱罩上的固定支架上，可随风力发电机组同步旋转。两个光敏传感器安装在风向标里，OPTl为0°角传感器，OPT2为90°角传感器。

图5-13　风向传感器原理图

偏航控制系统工作原理是：一个半圆形筒罩由风向标驱动，当传感器没有被半圆形筒罩挡住时，传感器输出信号是高电位；反之，传感器输出信号为低电位，见图5-13。当传感器遮挡百分比为0时，风力发电机组将沿逆时针调向至风力发电机组处于上风向；当传感器遮挡百分比为100%时，风力发电机组将沿顺时针调向至风力发电机组处于上风向。风向标在风中自由摆动，当风力发电机组处于上风向时，0°角传感器处于高电位与低电位的时间比例各为50%，结果是传感器遮挡百分比为50%，此时90°角传感器始终处在高电位状态，遮挡百分比为0。

来自0°角传感器的信号通过一个时间常数为100s的低通滤波器滤波，如果经滤波后的遮挡百分比＞50%+V或＜50%-V，那么风力发电机组就开始根据遮挡百分比情况按顺时针或逆时针方向调向。当风力机开始调向后，计算机中的遮挡百分比开始更新计算并设定新的百分比值。

其中V是一个设定的限制值，用来限制调向次数，以免在遮挡50%附近频繁调向。调向时，如果遮挡百分比＜50%-V或＞50%+V，风力发电机组将继续调向。如果遮挡百分比，＜50%-V，那么风力发电机组逆时针调向；如果遮挡百分比＞50%+V，那么风力发电机组顺时针调向。