1.1、课题背景

随着常规能源短缺和环境污染问题加剧，风能作为可再生绿色能源，对其开发利用十分必要^[1]。可再生能源的利用是人类社会文明进步的表现，是科学技术的发展体现，也是一个地区环保重要的指标。风能作为一种清洁、可再生能源越来越受到人们的青睐。

我国探明风能理论储量为3226000MW,可发利用为253000MW,近海可利用风能750000MW^[2]。预计到2010年我国风电并网总容量可达20241MW,2020年可以达到224923ＭＷ,分别将占到国内当时电力装机总量的2.20%和14.06%。这一切都表明我国的风力发电还处在起步阶段,存在着巨大的市场发展前景^[3]。在风力发电中，为了提高风能利用率，风力发电机组的偏航系统要具有自动偏航的功能，即偏航系统要自动准确对风。

随着桨叶空气动力学、材料、发电机技术、计算机和控制技术的发展,风力发电技术的发展极为迅速,单机容量从最初的数十千瓦级发展到最近进入市场的兆瓦级机组,功率控制方式从定桨距失速控制向桨叶变距和变速控制发展,运行可靠性从20世纪80年代初的50%,提高到现在的98%以上,并且在风电场运行的风力发电机组全部可以实现集中控制和远程控制^[4]。

风能的随机性、阵风性、不确定性,导致风力机组所输出的电功率的频率、电压均随风速变化,因此必须对电能品质进行控制和整定^[5]。风力发电机组通常由叶轮、传动系统、发电机、励磁系统、偏航系统和控制系统组成。MW级风力发电机组中常常采用主动偏航。为了保证风力发电机组发挥最大性能，机舱需要准确对风，偏航控制系统控制的精确与否直接影响利用风能的效率，即风力发电机发电的多少，同时偏航控制系统控制不精确也会使风机系统遭受不必要的外力破坏，因此对风机的自动准确定位显得非常重要。另一方面,由于大型风力发电机组的建设成本很高，偏航控制系统的故障报警及提高风机运行的安全可靠性也是非常必要的^[6]。因此，研究偏航驱动控制部件设计是非常有必要的。

1.2、国内外关于偏航驱动控制部件的研究现状

姚辉, 叶伟针对WT1650风机偏航系统的特点，详细介绍了ACT401变频器在偏航驱动应用中的硬件线路设计和PLC端的通信接口软件设计，其运行结果表明，ACT401系列变频器满足风机偏航系统稳定运行的要求^[7]。

许雄伟, 郭锐, 陈林,等.阐述了8400 StateLine变频器在2 MW风力发电机组偏航系统中的设计与应用。针对偏航系统特性要求,详细介绍了偏航控制系统的软件、硬件设计。该偏航系统通过了考核运行,且工作稳定、可靠。这表明该基于变频器设计的偏航系统能满足兆瓦级风电机组的偏航需求^[8]。

王建军从风电场风机滑动轴承偏航系统运行维护的现状着手进行论述,分析了风电场风机滑动轴承偏航系统运行维护的必要性,进而对风电场风机滑动轴承偏航系统维护技术进行了研究分析,希望对改进风电场风机滑动轴承偏航系统维护技术有所帮助^[9]。

万武勇开展偏航减速器传动系统的可靠性优化设计研究和均载特性分析，合理确定传动系统中各项参数的配置，对加快实现风力发电机关键核心技术国产化具有重要意义。行星齿轮传动因其具有体积小、重量轻、传递效率高和承载能力^[10]。

吴育亮, 王效飞, 栗飞.公开了一种风力发电机偏航扭缆保护装置，此风力发电机偏航扭缆保护装置，将五个触发装置固化在一起对偏航系统进行保护，结构简单，可靠性高，便于系统维护，为偏航扭缆提供良好的保护^[11]。

朴海国, 王志新.提出了一种新型的偏航系统控制算法#8212;#8212;VANE-HILL CLIMB- ING,采用PSCAD仿真软件建立了双馈电机的仿真模型,给出了程序流程框图,进行了仿真实验。通过仿真,得到仿真曲线,并进行了分析,结果表明该算法有效可行,提高了对风精度,增加了系统的输出功率^[12]。

王文卓, 姚兴佳, 单光坤.详细的介绍了FM 350功能模块优点。在此基础上提出了一种在偏航控制系统中采用FM 350时时准确记录风机位置的方案,并且对该方案进行了电磁干扰实验^[13]。

王婷提出并研究设计出了基于PLC（可编程控制器）集中控制的小型风力发电机偏航控制系统。此研究内容，是在前期已研制成功的关于小型风力发电机的安全限速机构及自动刹车装置的基础上，通过进一步改进和完善补充其它控制功能，采用了由PLC为核心控制部件实现了对偏航系统的自动控制。这其中除了保持原有的调向限速和刹车控制功能外，研究内容中还新增加了防绞线解缠绕和自动寻找风向的功能，这样完成了偏航系统所要求的全部控制功能的设计^[14]。

丁龙建利用三维建模软件PRO/E建立了偏航轴承的三维模型，介绍了有限元分析软件ABAQUS及其与PRO/E软件的接口配置的解决方法。偏航轴承作为风力发电机组的重要部件，它的可靠性决定了风力发电机组的运行安全^[15]。

参考文献

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