风力发电机组的变桨控制系统是一种关键的调节装置,旨在通过改变风力发电机叶片的角度来优化风能的捕获和转换效率。

功能

  • 吸收风能,调节桨叶桨角距
    根据风速的大小,变桨系统自动调整桨叶与风向之间的桨距角(0-89°),从而改变风机的能量转换效率,实现最大风能跟踪。
    在低风速时,桨距角保持在0°位置不变,不作任何调节;在高风速(额定风速及以上)时,系统则依据风速的变化自动调节桨距角,以控制吸收的机械能,确保获取最大的能量(与额定功率对应),并减少风力对风力机的冲击,使发电机的输出功率始终保持在额定功率。
  • 安全和制动作用
    在电网故障或需要停机的情况下,变桨系统能够迅速将叶片调整到顺桨位置(即叶片与风向平行),利用空气动力学原理实现制动,使风电机组安全停止转动。

工作原理

变桨执行机构是风力发电机组控制系统的一个重要组成部分,通常采用液压驱动或电驱动。

下图为电动变桨距系统构成框图,以伺服电机驱动齿轮实现变距调节功能,可以使3个叶片独立实现变桨距。

风力发电机组变桨控制系统

轮毂里装有一个主控制柜(有的没有主控制柜,将其相关功能集中在某个轴控柜内)、三个轴控制柜、三个电池柜、三个叶片编码器、三个电机编码器等。轮毅与主轴的连接处设置了接线端子,变桨距的所有电源和控制通信总线都是通过滑环与机舱控制柜相连。主控制柜内装有同步运动控制器实现三个叶片的同步变桨控制,轴控制柜实现对电机的精确控制,电池提供备用电源,通信采用RS-485或CAN总线具有较强的抗干扰能力。安装示意图如下所示:

变桨距系统必须能够快速响应主控制器的命令,迅速将桨叶置于指定的位置同时还要满足三个叶片的桨距角一致,以及要安全可靠的运行要求。

电动变桨系统采用三个桨叶分别带有独立的电动变桨距伺服系统,包括回转支撑,减速机装置和伺服电动机及其驱动器等。减速机装置固定在轮毂内,回转支撑的内环用来安装叶片,回转支撑的外环固定在轮毂上。当电动变桨距系统工作时,电动机带动减速机装置的输出轴小齿轮旋转,而小齿轮又与回转支撑的内环相啮合,从而带动回转支撑的内环与叶片一起旋转,实现变桨距的目的。

某驱动柜及电池柜图片如下所示:

综上所述,风力发电机组的变桨控制系统是风力发电技术中的关键部分,对于提高风能转换效率、确保机组安全稳定运行具有重要意义。