大型風(fēng)電機(jī)組變槳距控制技術(shù)的研究

　　3.2 電動(dòng)變槳距系統(tǒng)
　　電動(dòng)變槳距系統(tǒng)可以使3 個(gè)葉片獨(dú)立實(shí)現(xiàn)變槳距，圖3 為電動(dòng)變槳距系統(tǒng)的總體構(gòu)成框圖。主控制器與輪轂內(nèi)的軸控制盒通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)總線通信，達(dá)到獨(dú)立控制3 個(gè)獨(dú)立變槳距裝置的目的。主控制器根據(jù)風(fēng)速、發(fā)電機(jī)功率和轉(zhuǎn)速等，把指令信號(hào)發(fā)送至電動(dòng)變槳距系統(tǒng)；電動(dòng)變槳距系統(tǒng)把實(shí)際值和運(yùn)行狀況反饋至主控制器。
　　單個(gè)葉片的變槳距裝置一般包括控制器、伺服驅(qū)動(dòng)器、伺服電機(jī)、減速機(jī)、變距軸承、傳感器、角度限位開(kāi)關(guān)、蓄電池、變壓器等。其中伺服驅(qū)動(dòng)器用于驅(qū)動(dòng)伺服電機(jī)，實(shí)現(xiàn)變距角度的精確控制。傳感器可以是電機(jī)編碼器和葉片編碼器，電機(jī)編碼器測(cè)量電機(jī)的轉(zhuǎn)速，葉片編碼器測(cè)量當(dāng)前的槳距角，與電機(jī)編碼器實(shí)現(xiàn)冗余控制。蓄電池組是出于系統(tǒng)安全考慮的備用電源。
　　圖4 為變槳系統(tǒng)的電機(jī)執(zhí)行機(jī)構(gòu)原理圖，圖中只畫(huà)出了一個(gè)槳葉的變槳距執(zhí)行機(jī)構(gòu)，其它兩個(gè)槳葉與此完全相同。每個(gè)槳葉分別采用一個(gè)帶位移反饋的伺服電機(jī)進(jìn)行單獨(dú)調(diào)節(jié)。位移傳感器采用光電編碼器，安裝在電動(dòng)機(jī)輸出軸上，采集電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)角度。由于槳距角的變化速度都很慢，一般不超過(guò)每秒15°，而一般的伺服電機(jī)額定轉(zhuǎn)速都為每分鐘幾千轉(zhuǎn)，因此需要一個(gè)減速機(jī)構(gòu)。伺服電機(jī)連接行星減速箱，通過(guò)主動(dòng)齒輪與槳葉輪轂內(nèi)齒圈相連，帶動(dòng)槳葉進(jìn)行轉(zhuǎn)動(dòng)，實(shí)現(xiàn)對(duì)槳葉節(jié)距角的直接控制。在輪轂內(nèi)齒圈的邊上又安裝了一個(gè)非接觸式位移傳感器，直接檢測(cè)內(nèi)齒圈轉(zhuǎn)動(dòng)的角度, 即槳葉節(jié)距角變化。當(dāng)內(nèi)齒圈轉(zhuǎn)過(guò)一個(gè)齒，非接觸式位移傳感器輸出一個(gè)脈沖信號(hào)。變槳距控制依據(jù)光電編碼器所測(cè)的位移值進(jìn)行控制。非接觸傳感器作為冗余控制的參考值，它直接反映槳葉節(jié)距角的變化。當(dāng)發(fā)電機(jī)輸出軸、聯(lián)軸器或光電編碼器出現(xiàn)故障時(shí)，即光電編碼器與非接觸位移傳感器所測(cè)數(shù)字不一致時(shí)，控制器便可知道系統(tǒng)出現(xiàn)故障。在輪轂內(nèi)齒圈邊上還裝有一個(gè)接近開(kāi)關(guān)，起限位作用( 0°和90° )。控制器安放在電氣板上，便于散熱。如果系統(tǒng)出現(xiàn)故障，控制電源斷電時(shí)，電機(jī)由UPS供電， 60 秒內(nèi)將槳葉調(diào)節(jié)為順槳位置。在UPS 電量耗盡時(shí)，繼電器斷路，原來(lái)由電磁力吸合的制動(dòng)齒輪彈出，制動(dòng)槳葉，保持槳葉處于順槳位置。在風(fēng)電機(jī)組正常工作時(shí)，繼電器得電，電磁鐵吸合制動(dòng)齒輪，不起制動(dòng)作用。

表2 主要變槳控制器廠家產(chǎn)品特點(diǎn)

　　3.3 液壓和電動(dòng)變槳距系統(tǒng)特點(diǎn)比較
　　在表1 對(duì)風(fēng)電機(jī)組液壓變槳和電動(dòng)變槳方式的特點(diǎn)進(jìn)行了比較，可見(jiàn)電動(dòng)變槳比液壓變槳具有更多的優(yōu)點(diǎn)。盡管液壓變槳具有傳動(dòng)力矩大、重量輕、剛度大、定位精確、執(zhí)行機(jī)構(gòu)動(dòng)態(tài)響應(yīng)快等特點(diǎn)，能夠保證快速準(zhǔn)確地把葉片調(diào)節(jié)到預(yù)定節(jié)距；但由于液壓變槳機(jī)構(gòu)、控制系統(tǒng)比較復(fù)雜，且存在漏油、卡塞等現(xiàn)象，目前電動(dòng)變槳已成為主流技術(shù)。表2 給出了世界上主要的風(fēng)電機(jī)組變槳控制器生產(chǎn)公司產(chǎn)品特點(diǎn)，可見(jiàn)大部分廠家生產(chǎn)的是電動(dòng)變槳裝置。另?yè)?jù)最新資料顯示，全球風(fēng)電機(jī)組的幾個(gè)大供應(yīng)商均采用了電動(dòng)變槳機(jī)構(gòu)作為變槳距系統(tǒng)的組成。例如：GE WindPower公司的3.6MW 風(fēng)電機(jī)組，Enercon 公司的E-112 型風(fēng)電機(jī)組，Suzlon 公司的2MW 機(jī)組，REpower 公司的5MW 機(jī)組，Nordex 公司的N90/2500kW 機(jī)組，Siemens 公司的3.6MW 機(jī)組等都是應(yīng)用了電動(dòng)變槳距結(jié)構(gòu)。通過(guò)上述比較分析可知，電動(dòng)變槳將會(huì)成為變槳技術(shù)的發(fā)展趨勢(shì)。