直驱式风机偏航控制系统优化

2022-03-03王庭博

电力安全技术 2022年1期

王庭博

(福建平潭大唐海上风电有限责任公司，福建福州 350400)

0 前言

某风场装有14 台湘电风能的XE82-2000 型风机，额定功率2 000 kW，额定风速12 m/s，切入风速3 m/s，切出风速25 m/s。风机偏航采用5台交流电机驱动，机舱制动采用偏航电机自带的刹车制动和液压站提供的液压制动，采用成都雷奥的LE2152 型风速仪和LE2162 型风向标。受选址影响，某台风机风向不稳定，频繁偏航，液压系统密封圈频繁损坏造成液压油泄漏或偏航电机损坏等，因此需对偏航系统进行优化。

1 偏航系统

1.1 基本原理

XE82-2000 风机采用主动对风齿轮驱动形式，与控制系统相配合，使风轮始终处于迎风状态，以充分利用风能，提高发电效率。偏航系统由偏航电机、偏航减速器、偏航轴承及偏航制动器组成。偏航电机、偏航减速器构成偏航驱动，同时驱动机舱、风轮、发电机，使之迎面向风。偏航刹车采用液压控制摩擦片刹车，提供必要的锁紧力矩，以保障机组安全运行。

优化后的偏航控制系统，可对偏航的路径选择进行智能判断，确保机组在风速较小的状态下，可自行解缆，从而避免了高风速段偏航解缆造成的发电量损失。

1.2 机械结构

(1) 偏航驱动。在偏航驱动部件中，偏航电机为电磁制动三相异步电动机；偏航减速器采用四级行星减速机构，具有寿命长、功率大、体积小的特点。

(2) 偏航轴承。采用四点接触球轴承，以增加整机的运转平稳性，增强抗冲击载荷能力。风机机舱通过偏航轴承采用内齿圈结构，可以在360°范围内转动，跟踪风向。

(3) 偏航制动器。XE82-2000 风机采用16 台制动器，安装在机舱内部。偏航刹车时，液压系统提供18 MPa 压力使刹车片紧压在偏航轴承内圈上提供制动力；偏航时保持1.8 MPa 余压，产生一定的阻尼力矩，使偏航运动更加平稳，减小机组振动。

1.3 控制逻辑

由可编程逻辑控制器(programmable logic controller, PLC)采集风向标数据并对风向标数据进行25 s 的分析，若风向标数据值与机舱的角度偏差超过15°，风机就会启动偏航系统，直至5 s 风向标数据与机舱方位角度差小于2°时停止偏航。

当启动偏航时，首选释放液压系统的刹车压力，当压力小于5 MPa 时，发送偏航命令。按照设计，偏航电机刹车和动力电源命令由2 个数字输出控制，分别发出左、右偏航命令，电机启动继电器和松闸继电器同时接受命令，而电机刹车松闸动作更快，故对电机启动载荷基本无影响。

2 偏航系统运行情况分析

2.1 偏航运行情况统计

自投运至2020-06-30，该风电场风机运行天数、总偏航次数、日平均偏航次数及偏航刹车片与制动缸更换情况可参考表1。

表1 偏航运行情况统计

从表1 可知，该风场风机日偏航次数保持两位数，偏航前3 位的分别是W6，W7 和W4，其中W6 风机日偏航最多达到102 次，W7, W4 风机分别达到76 次、74 次，W9 风机日偏航最少，为33次；刹车片更换量前3 位的是W6，W7 和W1 风机，其中更换最多的是W6 风机，达到39 块，W7，W1 风机分别更换了20 块、19 块；制动缸更换量前3 位的是W6，W7 和W14，分别更换了26 个、14 个和11 个。

结合风场历史运营记录来看，W1，W5，W6和W7 风机风速及风向变化较大。