对风机偏航系统的理解
作者：国电联合动力技术（连云港）有限公司技术部张超产
偏航系统的作用
偏航系统是风力发电机组特有的伺服系统。它主要有两个功能：一是使风轮跟踪变化稳定的风向; 二是当风力发电机组由于偏航作用，机舱内引出的电缆发生缠绕时，自动解缆。
偏航控制系统
偏航系统是一个随动系统，风向仪将采集的信号传送给机舱柜的PLC 的I/O板，计算10分钟平均风向，与偏航角度绝对值编码器比较，输出指令驱动四台偏航电机（带失电制动），将机头朝正对风的方向调整，并记录当前调整的角度，调整完毕电机停转并启动偏航制动。偏航控制系统框图如下图所示：
下文将对偏航控制系统的各机构进行分析：
1、风速仪
风力发电机组应有两个可加热式风速计。在正常运行或风速大于最小极限风速时，风速计程序连续检查和监视所有风速计的同步运行。计算机每秒采集一次来自于风速仪的风速数据；每10min 计算一次平均值，用于判别起动风速和停机风速。测量数据的差值应在差值极限1.5m/s以内。如果所有风速计发送的都是合理信号，控制系统将取一个平均值。
2、风向标
风向标安装在机舱顶部两侧，主要测量风向与机舱中心线的偏差角。一般采用两个风向标，以便互相校验，排除可能产生的误信号。控制器根据风向信号，起动偏航系统。当两个风向标不一致时，偏航会自动中断。当风速低于3m/s时，偏航系统不会起动。
3、扭揽开关
扭缆开关是通过齿轮咬合机械装置将信号传递PLC 进行处理和发出指令进行工作的。除了在控制软件上编入调向记数程序外，一般在电缆处安装行程开关，当其触点与电缆束连接，当电缆束随机舱转动到一定程度即启动开关。以国内某知名公司生产的1.5MW 风机为例，当机身在同一方向己旋转2转(720度) ，且风力机不处在工作区域(即10分钟平均风速低于切入风速) 系统进入解缆程序。解缆过程中，当风力机回到工作区域(即10分钟平均风速高于切入风速) ，系统停止解缆程序，进入发电程序，但当机身在同一方向己旋转2.5转(900度) 偏航限位动作扭缆保护，系统强行进入解缆程序，此时系统停止全部工作，直至解缆完成。当风速超过25 m/s时，自动解缆停止。自动解除电缆缠绕可以通过人工调向来检验是否正常。当调向停止触点由常闭进入常开状态时，风机自动解除电缆缠绕，此时风力发电机应不处于维修状态，因此自动调向功能在维修状态时无法使用。
4、偏航编码器
偏航编码器是一个绝对值编码器，可以准确记录偏航位置。因为绝对编码器由机械位置决定的每个位置的唯一性，它无需记忆，无需找参考点，而且不用一直计数，什么时候需要知道位置，什么时候就去读取它的位置。这样，编码器的抗干扰特性、数据的可靠性大大提高了。
5、软启动器
软启动器采用三相反并联晶闸管作为调压器，将其接入电源和电动机定子之间。这种电路如三相全控桥式整流电路，使用软启动器启动电动机时，晶闸管的输出电压逐渐增加，电动机逐渐加速，直到晶闸管全导通，电动机工作在额定电压的机械特性上，实现平滑启动，降低启动电流，避免启动过流跳闸。待电机达到额定转数时，启动过程结束，软启动器自动用旁路接触器取代已完成任务的晶闸管，为电动机正常运转提供额定电压，以降低晶闸
管的热损耗，延长软启动器的使用寿命，提高其工作效率，又使电网避免了谐波污染。软启动器同时还提供软停车功能，软停车与软启动过程相反，电压逐渐降低，转数逐渐下降到零，避免自由停车引起的转矩冲击。
图1 软启动器控制电机的主电路图
图1为软启动器控制电机的主电路图，图2为电机启动电压变化曲线，图三为软启动器的接线图和电气图。
图2 电机启动电压变化曲线
图3 软启动器的接线图和电气图
6、偏航机构
偏航系统是由回转支撑轴承、弹簧阻尼装置和四台电机驱动的齿轮传动机构组成的。带有内齿的偏航轴承用螺栓连接在塔筒顶部，外环与机舱座连接，内环与塔架法兰连接。在偏航系统中驱动机构一般都是由电机加减速机构成，电机是偏航的动力来源，减速机是将电机输出的高速转变成低速的机构，那么在一般的偏航系统中偏航刹车部分一般由两部分组成，一个是安装在驱动电机后端的电机电磁制动器，一部分是安装在偏航轴承附近的液压偏航。偏航时10个刹车盘处于半释放状态，偏航系统压力约45bar; 自动解缆时刹车盘处于全释放状态。(end) 为了使风机的桨叶转子工作事始终朝向某个方向，在风机内安设了偏航系统。精密的测风仪器将检测信号传输给电脑的软件，经过分析后驱动偏航系统的电机和齿轮箱使风机尽可能的减少风能损失，增加有效工作时间。
偏航刹车 主机室的转动方向应该是按照指令的方向转动的。当偏航电机转动的时候，液压刹车系统处于释放状态，当偏航电机停止转动时，液压刹车系统处于刹车状态，将主机室固定在相应的位置上。
在偏航系统中包括电缆防缠绕检测器，防止在主机室根据风向在转动时使内部的电缆通过缠绕而损坏。如果电缆遭到缠绕，那么在主机室下次转动时，根据电缆缠绕的情况，主机室将向相反的方向转动，使得被缠绕的电缆重新回复到原来的位置上。
偏航驱动偏航系统的驱动部分由三个交流电机和行星式齿轮箱组成。偏航驱动部件安装在主机托盘的下方，一个过渡小齿轮连接在偏航轴承外齿环和在塔身上的固定齿环之间。 为了使风机的桨叶转子工作事始终朝向某个方向，在风机内安设了偏航系统。精密的测风仪器将检测信号传输给电脑的软件，经过分析后驱动偏航系统的电机和齿轮箱使风机尽可能的减少风能损失，增加有效工作时间。 偏航刹车 主机室的转动方向应该是按照指令的方向转动的。当偏航电机转动的时候，液压刹车系统处于释放状态，当偏航电机停止转动时，液压刹车系统处于刹车状态，将主机室固定在相应的位置上。
在偏航系统中包括电缆防缠绕检测器，防止在主机室根据风向在转动时使内部的电缆通过缠绕而损坏。如果电缆遭到缠绕，那么在主机室下次转动时，根据电缆缠绕的情况，主机室将向相反的方向转动，使得被缠绕的电缆重新回复到原来的位置上。
偏航驱动偏航系统的驱动部分由三个交流电机和行星式齿轮箱组成。偏航驱动部件安装在主机托盘的下方，一个过渡小齿轮连接在偏航轴承外齿环和在塔身上的固定齿环之间。