（大唐华银（湖南）新能源有限公司 410007）
摘要：风能作为新能源的一个重要组成部分，是新能源中技术最成熟、最具开发条件和广阔商业化前景的一种发电方式。风力发电机组控制系统则成为风力发电系统能否发挥作用，甚至成为风电场能否长期安全可靠运行的重大问题。因此风力发电机组控制系统成为了研究的热点。在实际中,一套可靠的控制系统能够是资源得到利用得到最优化。介绍了某厂家成熟2.0 MW 直驱风力发电机组的偏航控制系统,本系统的优点包括能够有效地减小大负荷下风机偏航次数，减小综合场用电量，提高发电效率；同时也间接减小风机偏航系统故障率，提供偏航系统寿命。
关键词：风电机组; 偏航; 控制系统
Abstract: as an important component of new energy, wind energy is one of the most mature, most developed conditions and broad commercial prospects of new generation. Wind turbine control system has become a major issue whether wind power generation system can play a role or even become a long-term safe and reliable operation of wind farm. Therefore, the control system of wind turbine has become the focus of research. In practice, a reliable control system can be optimized for resources to be utilized. The yaw control system of a mature 2 MW direct drive wind turbine, the advantages of the system include the ability to effectively reduce the load of wind turbine yaw frequency, reduce the comprehensive field of electricity, improve the efficiency of power generation; and also indirectly reduce the wind turbine system failure rate, provide the yaw system of life.
Key words: wind turbine; yaw; control system
1引言
由于在风力发电机组偏航控制系统工作时，传感器因位于机尾，受到紊流等各种不利因素影响，且自身的侧向精度也存在不足，使得控制信号都不甚理想，进而导致风机不断偏航进行对风，使偏航系统故障率频发。因此，如何提高偏航效率值得关注，需要进行更深入的理论研究，提出更有效的控制策略与算法，提高偏航效率。
2、偏航系统介绍
偏航系统不仅要完成机组的自动对风功能，使机组在运行状态下能够实现叶轮的最大面积迎风以获得最大的风能量，而且在偏航过程中能够保证电缆和整个机组的安全。整个偏航系统包括传感器部分、偏航部分、润滑部分和控制部分等。
传感器部分：机舱顶部有两个互相独立的传感器——风速计和风向标。风向标的信号反映出风机与主风向之间有偏离，当风向持续发生变化时，控制器根据风向标传递的信号控制偏航驱动装置转动机舱对准主风向，偏离主风向的误差在±15度内。
偏航部分：包括偏航系统包括偏航轴承（四点接触球轴承）、偏航驱动（交流电动机、偏航减速器）、偏航制动器。偏航电机是偏航动作的执行机构，其个数和功率是根据载荷计算来确定。偏航系统制动包括电磁制动和液压制动，停止偏航时，液压制动同时将机组的机舱锁住。机组偏航时液压刹车则保持低压制动，实现带阻尼的偏航动作，确保在高风速时，不出现偏航飞车的情况。电磁刹车具有失效保护功能，在出现外部故障（如断电、液压系统失压）时，电磁制动系统仍能使飞机的偏航系统处于可靠的锁定状态。
润滑部分：为自动润滑系统，由主控控制其自动、周期性对偏航轴承进行润滑。
控制部分：偏航电机的控制回路对风向标产生的电信号进行处理，给偏航电机发出偏航指令，从而带动偏航行星齿轮减速器和回转体大齿轮转动机舱进行对风。
偏航系统的控制过程分为：自动偏航、手动偏航、自动解缆和停止偏航，为确保机组安全，各个控制过程的优先级依次由低至高。
1） 自动偏航：机组正常运行后，偏航系统处于自动偏航状态，根据偏航控制原理，在整个控制过程中，应使偏航角度始终与风向角一致，由于在不同的时刻，风向是改变的 ，那么就需要保证风力发电机的风轮始终跟随风向的变化，确保其准确对风。但在实际控制中，允许一定的偏差存在，即|θ|<+15°
2）手动偏航：若需进行手动偏航，则可通过按下控制柜上的手动偏航按钮或者通过 HMI 软件上相应的按钮实现机组的左或右偏航动作。为确保安全，通常此操作只能在机组维护状态下进行。
3）解缆：机组在偏航对风的过程中，不可避免会将电缆进行扭曲，当扭曲达到一定程度时，为确保电缆和机组安全则必须进行自动解缆。偏航控制系统能对偏航路径选择进行智能判断，机组在风速较小的状态下，自行偏航解缆，避免了高风速段偏航解缆造成的发电量损失。
3、偏航策略优化：
目前，在南方山地风电场，因局部气候和紊流的影响，风向变化频繁，风电机组的偏航控制普遍采用设置“偏航容差角”的控制方法。为了避免机舱的频繁动作，当机舱对风误差超过偏航容差角设定值时机组才进行偏航对风，但仍存在较多的无效偏航次数，针对这一现状，从风电机组的实际运行情况出发，通过对滤波时间常数进行尝试调整，得到比较满意的效果。
1、湘电XE2000机型起动自动偏航模式必须下列条件满足：
1）处于自动偏航状态（起动或复位之后的默认状态）
2）风速，5s 内>=3m/s
3）风速，60s 内>=2m/s
4）偏航角度在+15°到-15°范围外（顺延风向测量）
2、在下列情况时应停止自动偏航：
偏航角度在+5°到-5°内。
其偏航关键函数：
......IF RUN THEN
XOUT := XOUT + K * (XIN - XOUT);
ELSE
XOUT :=XIN;
K :=TIME_TO_REAL(CYCLE) / TIME_TO_REAL(CYCLE + TAU);
END_IF......
TAU 代表滤波时间
CYCLE等于扫描周期（100ms）
XIN 代表当前周期采集的风向值
XOUT 代表滤波后的值
对南山风电场二期工程38号风机及49号风机的偏航控制进行优化测试，测试内容：38号偏航滤波时间常数启动/停止时间分别改为启动时间60s和停止时间15s，49号偏航滤波时间常数启动/停止时间分别改为启动时间35s和停止时间10s。（原风机偏航滤波时间常数启动/停止时间分别改为启动时间25s和停止时间5s）通过测试前和后的数据进行对比。
图一，偏航系统未优化前偏航次数
图二 偏航系统优化后偏航次数
从上图可以看出，在偏航优化控制程序测试后，全场风机平均每天偏航次数增加3次的情况下，38号风机平均每天偏航次数减小16次（偏航次数减小8.8%），49号风机平均每天偏航次数并未减小，未到到预期效果。
从以上数据可以得出初步结论：
1、偏航滤波时间常数启动时间设定位60s，停止时间设定为15s，对减小偏航次数有一定的效果。
2、偏航滤波时间常数启动时间设定位35s，停止时间设定为10s，对减小偏航次数没有明显效果。
4.结语
本次优化仅对偏航系统中滤波时间常数进行调整，对其核心算法没有进行优化，但通过北优化还是达到预期效果。
【参考文献】
[1]朱程辉,张倩,王建平,李帷韬,赵益. 基于AIS风电机组故障诊断与偏航控制系统研究[J]. 电子测量与仪器学报,2016,(12):1949-1957.
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[3]朴海国,王志新. 风电机组偏航控制系统的新型算法—V-HC研究[J]. 太阳能学报,2008,(08):1028-1033.
论文作者:贺小龙
论文发表刊物:《电力设备》2017年第23期
论文发表时间:2017/12/7
标签：偏航论文; 机组论文; 风向论文; 时间论文; 风机论文; 系统论文; 控制系统论文; 《电力设备》2017年第23期论文;