獨(dú)立變槳控制對大功率風(fēng)力發(fā)電機(jī)振動影響

肖博漢

摘 要：隨著風(fēng)力機(jī)功率的越來越大，結(jié)構(gòu)越來越大，國產(chǎn)化風(fēng)力發(fā)電機(jī)振動問題逐漸顯現(xiàn)出來。以國產(chǎn)兆瓦級風(fēng)力發(fā)電機(jī)組為依托，研究大型風(fēng)力發(fā)電機(jī)組獨(dú)立變槳距控制技術(shù)，并以此為基礎(chǔ)研究獨(dú)立變槳控制對大功率風(fēng)力發(fā)電機(jī)振動影響。

關(guān)鍵詞：獨(dú)立變槳控制；振動；大功率風(fēng)力發(fā)電機(jī)

本文根據(jù)在風(fēng)機(jī)制造車間及風(fēng)場對風(fēng)機(jī)調(diào)試及排故的心得、經(jīng)驗(yàn)加以全面、系統(tǒng)的歸納和總結(jié)。詳細(xì)的闡述了風(fēng)力發(fā)電機(jī)組靜態(tài)調(diào)試、動態(tài)調(diào)試的基本方法及注意要點(diǎn)，并著重介紹了風(fēng)機(jī)排故的一般步驟、注意要點(diǎn)及其原則和方法。經(jīng)實(shí)踐證明，文中的許多調(diào)試及排故觀點(diǎn)和方法對風(fēng)機(jī)的調(diào)試及其故障的處理具有一定的指導(dǎo)意義，并對于其它電氣設(shè)備的調(diào)試及故障處理也有一定的借鑒意義。

一、風(fēng)電控制系統(tǒng)簡述

風(fēng)電控制系統(tǒng)包括現(xiàn)場風(fēng)力發(fā)電機(jī)組控制單元、高速環(huán)型冗余光纖以太網(wǎng)、遠(yuǎn)程上位機(jī)操作員站等部分?，F(xiàn)場風(fēng)力發(fā)電機(jī)組控制單元是每臺風(fēng)機(jī)控制的核心，實(shí)現(xiàn)機(jī)組的參數(shù)監(jiān)視、自動發(fā)電控制和設(shè)備保護(hù)等功能；每臺風(fēng)力發(fā)電機(jī)組配有就地HMI人機(jī)接口以實(shí)現(xiàn)就地操作、調(diào)試和維護(hù)機(jī)組；高速環(huán)型冗余光纖以太網(wǎng)是系統(tǒng)的數(shù)據(jù)高速公路，將機(jī)組的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)送至上位機(jī)界面；上位機(jī)操作員站是風(fēng)電廠的運(yùn)行監(jiān)視核心，并具備完善的機(jī)組狀態(tài)監(jiān)視、參數(shù)報(bào)警，實(shí)時(shí)/歷史數(shù)據(jù)的記錄顯示等功能，操作員在控制室內(nèi)實(shí)現(xiàn)對風(fēng)場所有機(jī)組的運(yùn)行監(jiān)視及操作。

風(fēng)力發(fā)電機(jī)組控制單元（WPCU）是每臺風(fēng)機(jī)的控制核心，分散布置在機(jī)組的塔筒和機(jī)艙內(nèi)。由于風(fēng)電機(jī)組現(xiàn)場運(yùn)行環(huán)境惡劣，對控制系統(tǒng)的可靠性要求非常高，而風(fēng)電控制系統(tǒng)是專門針對大型風(fēng)電場的運(yùn)行需求而設(shè)計(jì)，應(yīng)具有極高的環(huán)境適應(yīng)性和抗電磁干擾等能力。

（一）變槳距系統(tǒng)

大型MW級以上風(fēng)電機(jī)組通常采用液壓變槳系統(tǒng)或電動變槳系統(tǒng)。變槳系統(tǒng)由前端控制器對3個(gè)風(fēng)機(jī)葉片的槳距驅(qū)動裝置進(jìn)行控制，其是主控制器的執(zhí)行單元，采用 CANOPEN與主控制器進(jìn)行通訊，以調(diào)節(jié)3個(gè)葉片的槳距工作在最佳狀態(tài)。變槳系統(tǒng)有后備電源系統(tǒng)和安全鏈保護(hù)，保證在危急工況下緊急停機(jī)。

（二）變流器系統(tǒng)

大型風(fēng)力發(fā)電機(jī)組目前普遍采用大功率的變流器以實(shí)現(xiàn)發(fā)電能源的變換，變流器系統(tǒng)通過現(xiàn)場總線與主控制器進(jìn)行通訊，實(shí)現(xiàn)機(jī)組的轉(zhuǎn)速、有功功率和無功功率的調(diào)節(jié)。

（三）現(xiàn)場觸摸屏站

現(xiàn)場觸摸屏站是機(jī)組監(jiān)控的就地操作站，實(shí)現(xiàn)風(fēng)力機(jī)組的就地參數(shù)設(shè)置、設(shè)備調(diào)試、維護(hù)等功能，是機(jī)組控制系統(tǒng)的現(xiàn)場上位機(jī)操作員站。

（四）后備危急安全鏈系統(tǒng)

后備危急安全鏈系統(tǒng)獨(dú)立于計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的硬件保護(hù)措施，即使控制系統(tǒng)發(fā)生異常，也不會影響安全鏈的正常動作。安全鏈?zhǔn)菍⒖赡軐︼L(fēng)力發(fā)電機(jī)造成致命傷害的超常故障串聯(lián)成一個(gè)回路，當(dāng)安全鏈動作后將引起緊急停機(jī)，機(jī)組脫網(wǎng)，從而最大限度地保證機(jī)組的安全。

所有風(fēng)電機(jī)組通過光纖以太網(wǎng)連接至主控室的上位機(jī)操作員站，實(shí)現(xiàn)整個(gè)風(fēng)場的遠(yuǎn)程監(jiān)控。

二、風(fēng)電控制系統(tǒng)基本功能

1、數(shù)據(jù)采集（DAS）功能：包括采集電網(wǎng)、氣象、機(jī)組參數(shù)，實(shí)現(xiàn)控制、報(bào)警、記錄、曲線功能等；

2、機(jī)組控制功能：包括自動啟動機(jī)組、并網(wǎng)控制、轉(zhuǎn)速控制、功率控制、無功補(bǔ)償控制、自動對風(fēng)控制、解纜控制、自動脫網(wǎng)、安全停機(jī)控制等；

3、遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)功能：包括機(jī)組參數(shù)、相關(guān)設(shè)備狀態(tài)的監(jiān)控，歷史和實(shí)時(shí)曲線功能，機(jī)組運(yùn)行狀況的累計(jì)監(jiān)測等。

三、風(fēng)電控制系統(tǒng)輔助設(shè)備邏輯

（一）發(fā)電機(jī)系統(tǒng)

監(jiān)控發(fā)電機(jī)運(yùn)行參數(shù)，通過3臺冷卻風(fēng)扇和4臺電加熱器，控制發(fā)電機(jī)線圈溫度、軸承溫度、滑環(huán)室溫度在適當(dāng)?shù)姆秶鷥?nèi)，相關(guān)邏輯如下：當(dāng)發(fā)電機(jī)溫度升高至某設(shè)定值后，起動冷卻風(fēng)扇，當(dāng)溫度降低到某設(shè)定值時(shí)，停止風(fēng)扇運(yùn)行；當(dāng)發(fā)電機(jī)溫度過高或過低并超限后，發(fā)出報(bào)警信號，并執(zhí)行安全停機(jī)程序。

當(dāng)溫度越低至某設(shè)定值后，起動電加熱器，溫度升高至某設(shè)定值后時(shí)，停止加熱器運(yùn)行；同時(shí)電加熱器也用于控制發(fā)電機(jī)的溫度端差在合理的范圍內(nèi)。

（二）液壓系統(tǒng)

機(jī)組的液壓系統(tǒng)用于偏航系統(tǒng)剎車、機(jī)械剎車盤驅(qū)動。機(jī)組正常時(shí)，需維持額定壓力區(qū)間運(yùn)行。 液壓泵控制液壓系統(tǒng)壓力，當(dāng)壓力下降至設(shè)定值后，啟動油泵運(yùn)行，當(dāng)壓力升高至某設(shè)定值后，停泵。

（三）電動變槳距系統(tǒng)

變槳距系統(tǒng)包括每個(gè)葉片上的電機(jī)、驅(qū)動器、以及主控制PLC等部件，該P(yáng)LC通過CAN總線和機(jī)組的主控系統(tǒng)通訊，是風(fēng)電控制系統(tǒng)中槳距調(diào)節(jié)控制單元，變槳距系統(tǒng)有后備DO順槳控制接口。槳距系統(tǒng)的主要功能如下： 緊急剎車順槳 系統(tǒng)控制，在緊急情況下，實(shí)現(xiàn)風(fēng)機(jī)順槳控制。

四、結(jié)語

為提高風(fēng)力機(jī)發(fā)電系統(tǒng)的風(fēng)能利用效率、改善輸出電能質(zhì)量，針對變速變槳風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的控制問題，以混雜系統(tǒng)理論為核心，建立了應(yīng)用于變速變槳風(fēng)力機(jī)組的混雜自動機(jī)控制結(jié)構(gòu)。同時(shí)，結(jié)合模糊控制理論，給出控制器的算法。通過對該控制結(jié)構(gòu)和控制算法的仿真表明，與常規(guī)的控制方法相比，采用混雜自動機(jī)控制結(jié)構(gòu)和控制算法控制變速變槳風(fēng)力機(jī)組，既提高了風(fēng)能的利用效率，又很好地改善了風(fēng)力機(jī)輸出電能質(zhì)量，實(shí)際控制效果良好。

參考文獻(xiàn)：

[1]何玉林，蘇東旭，黃帥，任海軍，陳真.變速變槳風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的槳距控制及載荷優(yōu)化[J].電力系統(tǒng)保護(hù)與控制，2011（16）.

[2]高俊云，連晉華.風(fēng)電機(jī)組塔筒振動的分析與測量[J].風(fēng)能，2011

（02）.endprint