风力发电机中的迎风自动系统论述浅析

2014-04-18郭嘉,董泽

山东工业技术 2014年23期

关键词：风力发电机系统设计

郭　嘉,董　泽

（华北电力大学,河北保定 071003）

风力发电机中的迎风自动系统论述浅析

郭嘉,董泽

（华北电力大学,河北保定 071003）

摘要：迎风自动系统是风力发电机的重要组成部分，对于保障风力发电机的正常发电有着直接影响。风力发电机中的迎风自动系统可自动捕获风能，最大程度地使叶轮持续保持迎风状态，输出更多的电能。因此应根据风力发电机中的迎风自动系统的工作原理和结构，进一步优化和完善迎风自动化系统，提高风力发电机的输出功率和经济效益。本文分析了风力发电机中的迎风自动系统工作原理，阐述了风力发电机的迎风自动系统设计。

关键词：风力发电机；迎风自动系统；系统设计

近年来，世界各国环境污染和能源短缺问题日益严重，风能作为一种重要的可再生能源，受到人们的广泛关注。随着各种高新技术的快速发展，风力发电机的多机联网逐渐成为风力发电的重要趋势，而迎风自动控制是风力发电场的核心问题，因此必须加强对风力发电机中迎风自动系统的研究和开发力度，充分发挥风能发电的低成本、高效、节能的优势。

1　风力发电机中的迎风自动系统工作原理

1.1风力发电机

风力发电机主要由回转体、叶轮、发电机、扩散管、中央圆筒和收缩管等组成，叶轮前方安装有收缩管和增压管，后方加设扩散管，当流速和风向不断变化、能流密度较低的自然风通过发电机浓缩装置后，明显提高自然风的能流密度，并且使自然风保持流速均匀，改善发电机叶轮接收到风能品质[1]，从而保障长时间发电和良好的发电质量。风力发电机特殊的流场和形体结构决定了其必须设置一套专门的迎风自动系统。

1.2迎风自动系统

迎风自动系统主要是为了满足风力发电机的联机并网发电的需求。由于风力发电机的体积和质量较大，具有极大的惯性力，普通的机械控制难以准确完成对风，因此应设计迎风自动系统。对于风力发电机的迎风自动系统，由于发电机叶轮被设置在浓缩装置内部，改变叶片的大小和形状受到空间限制，并且会影响叶轮受到的空气动力，影响风力发电机的运行性能，因此不适合采用扰流或者变桨，最好是能够设计一套专门的迎风自动控制系统，在大风时实现风力发电机的顺桨限速，保持风向和叶轮扫掠面相互平行。

2　风力发电机的迎风自动系统设计

2.1迎风自动系统部件设置

（1）风向风速测量装置。迎风自动系统想要确保控制的准确、可靠，首先自动控制系统自身必须安全可靠，然后要及时准确的测量控制参数。风力发电机的迎风自动系统可采用EY1A型电传风速风向仪。

（2）控制单元。风力发电机长期处于大风沙、高湿、高寒等恶劣环境中，这要求风力发电机中迎风自动系统的控制单元必须具有较强的环境适应性，如选择PLC可编程控制器，其工作环境可达零下30摄氏度到零上35摄氏度，在不凝露条件下湿度范围达10％～90％，可长时间安全、稳定的运行。并且和单片机相比，可编程控制器在恶劣环境中的抗干扰能力和适应能力较强，因此可选择PLC作为风力发电机迎风自动系统的控制单元。

2.2迎风自动系统流程

通过选择迎风自动系统的相关部件，其整个系统流程为：风速风向仪设置在风力发电机浓缩装置上，实时接收风速风向信号，地面上主机通过七芯电缆可风速风向仪相联，主机实时显示风速和风向信号，经过PLC进行计算得出输出信号，调节直流电机的正反转和启停，通过齿轮传动和蜗轮蜗杆驱动风力发电机回转体转动，实现风力发电机的自动迎风。

2.3迎风自动系统的控制设计

风力发电机中的迎风自动系统应实现根据风速大小和风向判断是否顺桨、是否迎风，如果风力发电机迎风，则结合风向变化判断调向电机反转还是正转、何时起动、何时停转，从而迎风自动系统控制风力发电机的调向电机做出相应动作，准确的顺桨或者迎风，在可利用的风速范围内使风力发电机尽可能多地利用和捕获风能。风向和风速信号是迎风自动系统主要的控制参量，风向和风速是随机量，方向和大小时时变化，为了可靠、准确的控制，迎风自动系统需实时监控风向和风速值，为了满足这个要求，风力发电机的迎风自动系统可采用IP1624PLC闭环控制，根据实时的检测信号，调节控制量大小，实现风力发电机的自动迎风。