文／中國第一重型機(jī)械集團(tuán)大連設(shè)計(jì)研究院有限公司海洋工程研究室 方 濤 黃維學(xué)

1 引言

風(fēng)能作為一種無污染的可再生能源，其開發(fā)具有巨大的經(jīng)濟(jì)、社會(huì)、環(huán)保價(jià)值和發(fā)展前景，對(duì)它的利用已受到世界各國的高度重視。在早期的風(fēng)電機(jī)組主要以定槳距機(jī)組為主，由于其機(jī)組的轉(zhuǎn)速不能隨風(fēng)速改變導(dǎo)致風(fēng)能利用率低、風(fēng)速突變時(shí)對(duì)支撐部件具有很大的負(fù)載波動(dòng)沖擊和并網(wǎng)時(shí)可能帶來較大電流沖擊等缺點(diǎn)，逐步被變槳距風(fēng)電機(jī)組所取代。變槳距風(fēng)電機(jī)組通過控制槳距角使輸出功率平穩(wěn)、減小轉(zhuǎn)矩振蕩、減小機(jī)艙振蕩，不但優(yōu)化了輸出功率，而且有效的降低的噪音，穩(wěn)定發(fā)電機(jī)的輸出功率，改善槳葉和整機(jī)的受力狀況，同時(shí)比定槳距風(fēng)力發(fā)電機(jī)具有更好的風(fēng)能捕捉特性。

變槳距技術(shù)是指借助控制技術(shù)和動(dòng)力系統(tǒng)，根據(jù)風(fēng)速和發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)速來改變轉(zhuǎn)子系統(tǒng)上葉片的槳距角的大小，來達(dá)到控制發(fā)電機(jī)的輸出功率的目的。隨著風(fēng)電技術(shù)的不斷成熟與發(fā)展，目前采用的風(fēng)輪的變槳技術(shù)既能保證風(fēng)電機(jī)組運(yùn)行的穩(wěn)定性，減輕風(fēng)電機(jī)組的重量，又能提高其風(fēng)能轉(zhuǎn)化系數(shù)和改善功率曲線，使風(fēng)電機(jī)組在不同風(fēng)速下始終保持最佳的風(fēng)能捕獲效果，從而提高系統(tǒng)性能。大容量的風(fēng)力機(jī)組大多采用變槳距調(diào)節(jié)[1-6]。變槳距技術(shù)對(duì)機(jī)組的運(yùn)行狀態(tài)起著非常關(guān)鍵的作用，對(duì)機(jī)組穩(wěn)定、經(jīng)濟(jì)運(yùn)行具有重要的意義。

2 變槳的工作原理

風(fēng)電機(jī)組的葉片將隨機(jī)的動(dòng)態(tài)風(fēng)能轉(zhuǎn)換為轉(zhuǎn)系系統(tǒng)的的機(jī)械旋轉(zhuǎn)能，作為發(fā)電機(jī)的輸入來驅(qū)動(dòng)發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)并產(chǎn)生電能。風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)子的運(yùn)行不僅決定了整個(gè)風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)的輸出功率，而且直接影響機(jī)組的穩(wěn)定優(yōu)化運(yùn)行。所以風(fēng)機(jī)的運(yùn)行特性是確定風(fēng)電機(jī)組控制策略的重要依據(jù)。

風(fēng)能利用系數(shù)CP代表了風(fēng)輪從自然風(fēng)能中吸收能量的大小程度。對(duì)于變槳距風(fēng)力發(fā)電機(jī)組，CP是葉尖速比λ和槳距角β的高階非線性函數(shù)，根據(jù)相關(guān)研究計(jì)算，風(fēng)能利用系數(shù)可以采用以下函數(shù)進(jìn)行模擬[7]。

其中，葉尖速比λ為風(fēng)輪葉片葉尖處速度（圓周速度）與風(fēng)在接觸葉片之前很遠(yuǎn)距離上速度的比值，是表征風(fēng)電機(jī)組特性的一個(gè)重要參數(shù)。

由CP的函數(shù)表達(dá)式（1）可得到，風(fēng)電機(jī)組的特性可由CP(β,λ)曲線來表示，如圖1所示。從圖中可看到:（1）對(duì)于具體某一槳距角β，曲線都有最高點(diǎn)，即風(fēng)能利用系數(shù)具有最大值CPMAX，這時(shí)的尖速比為最佳值βOPT。（2）在任何葉尖速比下，風(fēng)能利用系數(shù)CP在槳距角為0o時(shí)具有最大值。（3）隨著槳距角的增大，風(fēng)能利用系數(shù)CP將顯著減小。

圖1 變槳距風(fēng)機(jī)特性曲線（CP-λ）

以上形成了變速變槳距風(fēng)電機(jī)組控制理論:風(fēng)速在額定風(fēng)速以下時(shí)，葉片槳距角β在零度附近，使風(fēng)電機(jī)轉(zhuǎn)子速度追隨風(fēng)速的變化，從而保證風(fēng)能利用系數(shù)維持CPMAX在附近，達(dá)到捕獲最大風(fēng)能的目的。當(dāng)風(fēng)速在額定風(fēng)速以上時(shí)，改變?nèi)~片槳距角來減少吸收的風(fēng)能，使發(fā)電機(jī)運(yùn)行在額定轉(zhuǎn)速附近，從而使風(fēng)電機(jī)組的輸出功率穩(wěn)定在額定功率附近，其控制原理圖如圖2所示。

3 機(jī)組運(yùn)行工況及變槳控制策略

3.1 機(jī)組運(yùn)行工況

變槳距風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的一個(gè)重要運(yùn)行特性就是運(yùn)行工況隨風(fēng)速變化而變化，所以根據(jù)風(fēng)速情況和風(fēng)電機(jī)組功率特性的不同，可以將整個(gè)運(yùn)行過程劃分為四個(gè)典型工況，即啟動(dòng)階段、欠功率運(yùn)行階段、額定功率運(yùn)行階段和保護(hù)切出階段。

啟動(dòng)階段。在啟動(dòng)之前風(fēng)機(jī)的葉片處于靜止，葉片處于順槳位置，葉片相當(dāng)于一塊阻尼板，這時(shí)空氣通過葉片時(shí)將不在葉片上產(chǎn)生轉(zhuǎn)矩，當(dāng)風(fēng)速達(dá)到風(fēng)電機(jī)組的切入風(fēng)速以上時(shí)，風(fēng)電機(jī)組將由等待狀態(tài)轉(zhuǎn)入啟動(dòng)狀態(tài)，葉片從90o向0o方向轉(zhuǎn)動(dòng)，當(dāng)氣流對(duì)葉片有一定升力后，轉(zhuǎn)子開始轉(zhuǎn)動(dòng)。

欠功率運(yùn)行階段。在該階段由于風(fēng)速未達(dá)到額定風(fēng)速，發(fā)電機(jī)運(yùn)行在額定轉(zhuǎn)速以下，風(fēng)電機(jī)組在額定功率以下運(yùn)行，機(jī)組在該階段不對(duì)槳距角進(jìn)行控制，而是隨著風(fēng)速的變化來調(diào)整轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)速，最大限度地捕獲風(fēng)能并將電能輸送到電網(wǎng)。

額定功率運(yùn)行階段。隨著風(fēng)速的不斷增大，發(fā)電機(jī)發(fā)出的電功率也隨著增加，當(dāng)風(fēng)速達(dá)到或超過額定風(fēng)速后，發(fā)電機(jī)發(fā)出的電功率也達(dá)到了額定功率附近。這時(shí)變槳距系統(tǒng)開始根據(jù)發(fā)電機(jī)的功率信號(hào)進(jìn)行控制，保證機(jī)組的輸出功率在額定功率附近而不會(huì)超過功率極限。

保護(hù)切出階段。當(dāng)風(fēng)速增大到超過機(jī)組所能承受的最大風(fēng)速，這時(shí)控制系統(tǒng)為了保護(hù)機(jī)組而使機(jī)組安全停機(jī)。在該階段，變槳系統(tǒng)的最重要的任務(wù)就是使葉片及時(shí)收槳，達(dá)到降低風(fēng)輪轉(zhuǎn)速的目的，同時(shí)剎車系統(tǒng)也將投入使用，并網(wǎng)開關(guān)將變流器與電網(wǎng)斷開。

3.2 控制策略

圖2 變槳系統(tǒng)控制原理圖

為了使機(jī)組能夠最大限度地產(chǎn)生電能并能安全穩(wěn)定運(yùn)行，在不同工況下需要對(duì)風(fēng)電機(jī)組采取不同的控制目標(biāo)，變槳系統(tǒng)將采取不同的控制策略。如圖3所示。

圖3 不同風(fēng)速下風(fēng)機(jī)參數(shù)的變化

第一個(gè)工況:風(fēng)速低于切入風(fēng)速，機(jī)組處于等待狀態(tài)，槳距角保持在90o，直至風(fēng)速達(dá)到切入風(fēng)速；

第二個(gè)工況:風(fēng)速處于切入風(fēng)速和額定風(fēng)速之間，啟動(dòng)并網(wǎng)瞬間變槳控制系統(tǒng)將根據(jù)發(fā)電機(jī)的轉(zhuǎn)速調(diào)整槳距角，使發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)速達(dá)到并網(wǎng)同步轉(zhuǎn)速，并使其轉(zhuǎn)速在同步轉(zhuǎn)速附近保持一段時(shí)間，以最佳時(shí)機(jī)并入電網(wǎng)，并確保對(duì)電網(wǎng)沖擊最小，隨后機(jī)組持續(xù)向電網(wǎng)送電，這一階段通過轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器控制發(fā)電機(jī)的電磁轉(zhuǎn)矩使風(fēng)輪轉(zhuǎn)速跟隨風(fēng)速的變化，在此區(qū)域內(nèi)，設(shè)基準(zhǔn)轉(zhuǎn)速為Wref，此時(shí)β=0，即跟蹤最大功率點(diǎn)實(shí)現(xiàn)最大風(fēng)能的捕獲；

第三個(gè)工況:風(fēng)速處于額定風(fēng)速和切出風(fēng)速之間，這一階段需要投入槳距角控制，采用功率反饋控制來控制風(fēng)機(jī)輸出功率的大小，即當(dāng)實(shí)際輸出功率大于額定輸出功率時(shí)，增大槳距角以減小風(fēng)能的捕獲，當(dāng)風(fēng)速減小到使發(fā)電機(jī)輸出功率低于額定功率時(shí)，變槳系統(tǒng)將減小槳距角，增大葉片上吸收的風(fēng)能，從而轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速上升來增加發(fā)電機(jī)的輸出功率，即在此區(qū)域內(nèi)通過調(diào)節(jié)槳距角保持風(fēng)機(jī)輸出功率穩(wěn)定在額定功率附近；

4 變槳系統(tǒng)的形式

變槳系統(tǒng)是變槳型風(fēng)電機(jī)組的關(guān)建子系統(tǒng)，目前全球大型風(fēng)電機(jī)組的變槳系統(tǒng)根據(jù)動(dòng)力形式主要有兩種方案:液壓變槳系統(tǒng)和電動(dòng)變槳系統(tǒng)。液壓變槳系統(tǒng)的執(zhí)行結(jié)構(gòu)具有單位體積小、重量輕、動(dòng)態(tài)響應(yīng)好、轉(zhuǎn)矩大，無需變速機(jī)構(gòu)且技術(shù)成熟等優(yōu)點(diǎn)，Vestas、Gamesa，Siemens等公司的風(fēng)機(jī)采用了液壓變槳技術(shù)。隨著電力電子技術(shù)的發(fā)展，電動(dòng)變槳系統(tǒng)以適應(yīng)能力強(qiáng)、響應(yīng)快、精度高、結(jié)構(gòu)簡單、無泄露、無污染和維護(hù)方便等優(yōu)點(diǎn)近年來得到了廣泛的應(yīng)用，Enercon、Repower、Nordex等公司的風(fēng)機(jī)都是采用的電動(dòng)變槳技術(shù)。液壓變槳系統(tǒng)和電動(dòng)變槳系統(tǒng)在功能上沒有優(yōu)劣之分，但是兩者由于執(zhí)行機(jī)構(gòu)不同，在性能上各有其特點(diǎn)。

4.1 液壓變槳系統(tǒng)

液壓變槳系統(tǒng)利用液壓缸作為原動(dòng)機(jī)，在傳遞介質(zhì)液壓油的作用下，液壓缸的運(yùn)動(dòng)帶動(dòng)連桿機(jī)構(gòu)來推動(dòng)葉片旋轉(zhuǎn)，節(jié)距角的變化同液壓缸位移基本成正比。主控系統(tǒng)根據(jù)傳感器反饋的發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)速或功率，通過滑環(huán)和總線向變槳控制系統(tǒng)發(fā)送槳距角指令，變槳控制系統(tǒng)根據(jù)主控系統(tǒng)的指令給出相應(yīng)的信號(hào)，來控制比例閥輸出流量的大小和方向。液壓系統(tǒng)的液壓缸根據(jù)比例閥輸出的流量和方向來驅(qū)動(dòng)葉片的角度在-5o+90o之間變化?？刂瓶驁D如圖4所示。變槳系統(tǒng)是一個(gè)伺服系統(tǒng)，通過PI控制，D/A轉(zhuǎn)換后變成電壓信號(hào)來控制比例閥的流量，不同的流量使液壓缸產(chǎn)生不同的運(yùn)動(dòng)，從而使葉片的槳距角發(fā)生變化，同時(shí)采用位移傳感器檢測液壓缸的位移，將測出的值轉(zhuǎn)換后輸入到比較器。

圖4 液壓變槳槳距角控制框圖

對(duì)于兆瓦級(jí)的風(fēng)力發(fā)電機(jī)組，液壓變槳系統(tǒng)應(yīng)該滿足如下要求:

1、驅(qū)動(dòng)力大，油路的安裝檢修方便，有足夠的強(qiáng)度和精度，安全可靠；

2、系統(tǒng)能在低溫環(huán)境中正常工作；

3、系統(tǒng)正常開槳速度與收槳速度基本相當(dāng)；

4、系統(tǒng)具有掉電能實(shí)現(xiàn)自動(dòng)收槳功能。

如何解決這個(gè)問題？我覺得，要先從調(diào)結(jié)構(gòu)做起。關(guān)于結(jié)構(gòu)調(diào)整，首先必須改變機(jī)關(guān)化的傾向。調(diào)研中，武漢市關(guān)于新招錄的人員都要到基層先干兩年再回機(jī)關(guān)的做法，十分符合實(shí)際。沒有基層經(jīng)驗(yàn)的人，可以把組織關(guān)系、行政關(guān)系放在機(jī)關(guān)，那沒問題，但是人你得下基層，到基層實(shí)踐、接受鍛煉，這樣不僅會(huì)改變我們整個(gè)司法行政系統(tǒng)的隊(duì)伍結(jié)構(gòu)，也會(huì)增加基層力量。機(jī)關(guān)干部扎扎實(shí)實(shí)在基層呆兩年，來了新的同志再下去呆兩年。這樣的做法，首先確?；鶎觾赡甑牧α坑辛吮ＷC，其次把這種做法形成一種制度，基層力量不足的情況就會(huì)不斷得到改善。

4.1.1 液壓變槳系統(tǒng)的構(gòu)成

液壓變槳系統(tǒng)的構(gòu)成簡圖如圖5所示。該系統(tǒng)的主要元器件有油箱、泵、蓄能器、液壓管路和三套獨(dú)立的變槳裝置等，在本圖中僅顯示了一套變槳裝置，其中，20為齒輪式液壓泵，M為驅(qū)動(dòng)泵的電機(jī)，8，9，10分別為動(dòng)力單元蓄能器、變槳系統(tǒng)蓄能器和變槳單元的蓄能器，15為比例電磁閥，C為液壓缸，18為直線位移傳感器用于間接反饋角度。

4.1.2 液壓變槳系統(tǒng)的工作過程

圖5 液壓變槳系統(tǒng)功能簡化圖

為了達(dá)到將液壓缸的直線運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)化成葉片的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，在實(shí)際的風(fēng)電機(jī)組上將液壓缸的一端固定在輪轂內(nèi)，另外一端通過活塞桿連接到葉片根部的變槳軸承外圈的切線上。

正常啟動(dòng)時(shí)變槳過程為:電磁閥11、12、13和14上電，比例閥15的交叉線圈通電使P與B、A與T連通，液壓油經(jīng)過的路徑為:泵20-單向閥2-旋轉(zhuǎn)接頭-單向閥3-電磁閥11-比例閥15的P-B端-單向閥6-液壓缸的B端，從而推動(dòng)活塞桿右移液壓缸A端的液壓油經(jīng)過-電磁閥14-比例閥15的A-T，最終回到油箱。

正常收槳時(shí)的變槳過程為:電磁閥11、12、13上電，比例閥15的另外一組交叉線圈通電使P與A、T與B連通，液壓油經(jīng)過的路徑為:泵20-單向閥2-旋轉(zhuǎn)接頭-單向閥3-電磁閥11-比例閥15的P-A端-電磁閥14-液壓缸的A端，液壓缸B端的液壓油通過單向閥5-電磁閥11回到壓力管內(nèi)，從而使液壓缸的活塞向左移動(dòng)。

緊急收槳的過程為:在緊急情況下，液壓變槳系統(tǒng)需要緊急收槳，電磁閥12,13采取完全打開或完全關(guān)閉來實(shí)現(xiàn)這些動(dòng)作，這時(shí)電磁閥11,12,13和14 全掉電，液壓油的路徑為:蓄能器10-流量控制閥17-電磁閥12-單向閥7-液壓缸的A端，液壓缸B端的油經(jīng)過電磁閥13、帶控制端的泄壓閥16再回到油箱。

為了使收槳速度不至于過快，在液壓回路中增加了帶控制端的泄壓閥16，當(dāng)緊急收槳時(shí)，泄壓閥16的控制端的壓力隨著液壓缸A端的壓力下降而變化，其能控制回路液壓油的流量，從而保證平穩(wěn)收槳。緊急收槳的速度一般在10o/s左右。

圖6 液壓變槳系統(tǒng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)圖

液壓變槳系統(tǒng)執(zhí)行結(jié)構(gòu)如圖6所示。1為輪轂，2為偏心塊，3為活塞桿，4為槳葉，5為回轉(zhuǎn)支承，6為油缸，7為油缸座，8為閥塊，9為內(nèi)壓板。

從圖6可以看出，風(fēng)電機(jī)組的每個(gè)槳葉都有一套獨(dú)立的液壓驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)，一個(gè)槳葉出現(xiàn)故障時(shí)，其他兩個(gè)槳葉仍能正常工作，增加了系統(tǒng)的安全性。

液壓變槳系統(tǒng)的優(yōu)點(diǎn):

1）液壓驅(qū)動(dòng)變槳距系統(tǒng)具有相應(yīng)快、剛度大、扭矩大、運(yùn)行平穩(wěn)、可與偏航、制動(dòng)等系統(tǒng)共用油源便于集成化布置等優(yōu)點(diǎn)；

2）液壓阻尼的存在可以吸收葉片轉(zhuǎn)軸上面的沖擊轉(zhuǎn)矩，對(duì)葉片及風(fēng)機(jī)本身起到很好的減震緩沖效果；

3）液壓變槳系統(tǒng)采用的軸承更簡單，結(jié)構(gòu)更強(qiáng)。

液壓變槳系統(tǒng)的缺點(diǎn):

1）油液存在泄露問題，故障排查較難，泄露的油液易引起火災(zāi)；

2）由于振動(dòng)的存在，密封圈及導(dǎo)向環(huán)很容易被磨損，

3）液壓變槳系統(tǒng)價(jià)格昂貴，系統(tǒng)比較復(fù)雜，變槳速度慢于電動(dòng)變槳；

4）當(dāng)液壓油有雜質(zhì)后閥芯易發(fā)生卡澀甚至“卡死”，維修保養(yǎng)比較困難，停機(jī)狀態(tài)不能得到及時(shí)解決；

6）液壓油，過濾器需定期檢測、更換；

7）旋轉(zhuǎn)接頭質(zhì)量、油管連接要求高，夏天部件出故障概率高。

4.2 電動(dòng)變槳系統(tǒng)

電動(dòng)變槳系統(tǒng)是通過槳距角控制器得到的槳距角指令，把槳距角指令轉(zhuǎn)換為伺服電機(jī)的控制信號(hào)，驅(qū)動(dòng)伺服電機(jī)來帶動(dòng)變槳減速器輸出小齒轉(zhuǎn)動(dòng)，從而帶動(dòng)與葉片相連的變槳軸承旋轉(zhuǎn)。

4.2.1 電動(dòng)變槳系統(tǒng)的構(gòu)成

電動(dòng)變槳距系統(tǒng)一般包括變槳控制系統(tǒng)、伺服驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)、電動(dòng)機(jī)、減速器、備用電源、傳感器和變槳軸承等。這些部件均安裝在輪轂內(nèi)或輪轂上。

變槳控制系統(tǒng)是整個(gè)伺服系統(tǒng)的核心，把來自主控系統(tǒng)的槳距角命令值發(fā)送到各變槳伺服驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)，并通過滑環(huán)連接通訊總線把槳距角實(shí)際值和運(yùn)行狀況反饋到主控系統(tǒng)，從而實(shí)現(xiàn)位置控制、速度控制、轉(zhuǎn)矩控制。伺服驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)采用三相全橋不可控整流，三相正弦PWM逆變器變頻的AC-DC-AC機(jī)構(gòu)。為避免通電時(shí)出現(xiàn)大的瞬時(shí)電流以及電機(jī)制動(dòng)時(shí)產(chǎn)生很高的泵生電壓，設(shè)有能耗泄放電路。電動(dòng)機(jī)可采用直流電機(jī)、交流電機(jī)或永磁電動(dòng)機(jī)作為驅(qū)動(dòng)動(dòng)力源。減速器通過輸出端的法蘭固定在輪轂內(nèi)，其用于將電機(jī)輸出較高的速度減速為能夠驅(qū)動(dòng)變槳軸承合適的速度，帶動(dòng)槳葉進(jìn)行轉(zhuǎn)動(dòng)，實(shí)現(xiàn)了改變槳距角的目的。備用電源可以為蓄電池或超級(jí)電容，其作用是在電網(wǎng)掉電或用于驅(qū)動(dòng)的電源出現(xiàn)故障時(shí)，安全鏈斷開，緊急啟動(dòng)備用電源來緊急收槳達(dá)到安全停機(jī)的目的。傳感器包括旋轉(zhuǎn)編碼器、角度編碼器和限位開關(guān)。旋轉(zhuǎn)編碼器安裝在電動(dòng)機(jī)輸出軸上，采集電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)角度。角度編碼器安裝在輪轂邊上，與變槳軸承的內(nèi)齒圈相嚙合，直接檢測內(nèi)齒圈轉(zhuǎn)過的角度，也就是葉片槳距角變化的角度。限位開關(guān)也安裝在輪轂靠近變槳軸承的邊上，起限位作用，確保葉片不超過安全位置。變槳軸承外環(huán)固定在輪轂上，內(nèi)環(huán)與葉片根部相連，減速器的輸出小齒與軸承的內(nèi)圈相嚙合。電動(dòng)變槳系統(tǒng)構(gòu)成圖和實(shí)物圖分別如圖7，8所示。

圖7 電動(dòng)變槳系統(tǒng)構(gòu)成圖

圖8 電動(dòng)變槳實(shí)物圖

4.2.2 電動(dòng)變槳系統(tǒng)工作過程

正常變槳時(shí)，變槳控制系統(tǒng)通過總線接收主控系統(tǒng)的變槳指令，同時(shí)發(fā)給驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)來驅(qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)，電動(dòng)機(jī)通過減速器減速后帶動(dòng)變槳軸承內(nèi)圈轉(zhuǎn)動(dòng)，從而實(shí)現(xiàn)了葉片的轉(zhuǎn)動(dòng)來改變槳距角。驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)通過改變變頻器輸出電壓的相序，就能夠改變伺服電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)向，通過電動(dòng)機(jī)的正、反轉(zhuǎn)使槳葉向90o或0o方向連續(xù)變槳。

緊急收槳時(shí)，變槳控制系統(tǒng)通過總線接收主控制系統(tǒng)的緊急收槳指令，同時(shí)將指令發(fā)給驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)，驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的變頻器輸出較高頻率使電動(dòng)機(jī)高速轉(zhuǎn)動(dòng)，通過減速器的輸出小齒帶動(dòng)變槳軸承內(nèi)圈快速旋轉(zhuǎn)，從而達(dá)到快速收槳的目的。一般緊急收槳的速度達(dá)到10o-12o/s。

在實(shí)際應(yīng)用中，由于葉片具有較大的慣性，為了防止變槳速度過快，一般在伺服電機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)中的直流母線上加裝制動(dòng)電阻，來消耗電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速超過同步速度后產(chǎn)生的多余能量，從而達(dá)到制動(dòng)的目的。在電機(jī)軸的末端還有一組電磁制動(dòng)器，其作用是為到達(dá)目標(biāo)位置的葉片提供剎車。

電動(dòng)變槳系統(tǒng)的優(yōu)點(diǎn):

1）電動(dòng)驅(qū)動(dòng)變槳距系統(tǒng)技術(shù)成熟、結(jié)構(gòu)簡單、無泄露、控制精度高、響應(yīng)快；

2）維護(hù)方便，輪轂內(nèi)干凈；

3）故障容易排查。

電動(dòng)變槳系統(tǒng)的缺點(diǎn):

1）隨著機(jī)組容量的增大，電機(jī)慣量也增大，使動(dòng)態(tài)響應(yīng)特性變壞，而且頻繁的調(diào)節(jié)槳葉，容易使電機(jī)因過熱而損壞，元器件也易的燒損；

2）驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)和動(dòng)力系統(tǒng)都在輪轂內(nèi)，增加了風(fēng)輪重量和減小了輪轂內(nèi)作業(yè)的空間；

3）動(dòng)力電纜、控制電纜和信號(hào)電纜較多，增加輪轂內(nèi)部布線的難度；

4）當(dāng)多次頻繁斷網(wǎng)會(huì)耗盡備用電池，可能會(huì)出現(xiàn)不能順槳的問題；

5）變槳系統(tǒng)采用帶齒的軸承，易磨損。

5 結(jié)論

液壓變槳系統(tǒng)和電動(dòng)變槳系統(tǒng)從技術(shù)和性能上各有優(yōu)缺點(diǎn)，在目前全球的風(fēng)電市場上均有應(yīng)用，且均達(dá)到了較好的應(yīng)用效果，在未來很長一段時(shí)間內(nèi)，兩種方案也還將同時(shí)存在。雖然目前對(duì)于我國來講，液壓變槳系統(tǒng)的應(yīng)用受到我國液壓行業(yè)整體水平的制約，但是從長遠(yuǎn)來看，風(fēng)機(jī)整機(jī)商至于采用哪種變槳形式應(yīng)該對(duì)該形式的掌握程度、供應(yīng)鏈的成熟度和持續(xù)性來考慮。

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