摘要：本文首先分析了风力发电中，机组偏航系统控制的理论，并在控制理论的分析研究后，提出风力发电机组偏航系统的控制策略，以期能够有效地解决风力发电机组，偏航系统实际运行过程可能存在的问题，保证风力发电的效率、安全。
关键词：系统控制；偏航系统；风力发电机组
引言：随着我国经济、科技的快速发展，电力能源的地位有了显著提升。同时，随着我国发展理念不断进步，更加重视新能源、环保能源的开发与利用，风力发电作为电力系统的重要组成部分，需要对其偏航系统误差与控制策略进行分析。
一、机组偏航系统控制理论
（一）设置偏航系统的价值
近些年来，由于我国发展理念的不断更新，国家开始注重新型能源、可再生能源、环保型能源的开发利用[1]。电力是当前世界各国发展的重要动力，关系到发展的速度、质量等多方面问题，其重要性不言而喻。风力发电作为较新型的发展动力，有着几乎无污染、可再生的强大优势，逐渐成为我国电力系统的重要组成部分[2]。随着我国各领域的快速发展，当前我国风力发电单机容量达到了兆瓦级，控制方式相比于传统的失速控制，发展成为变桨距控制。但是由于风力发电固有的局限性，需要风轮能够始终保持迎风状态，才能够保证风力发电的持久运行。所以在风力发电机组中，合理设置偏航系统，对风轮进行有效地控制，从而保证风力发电系统的高效运行，在最大程度上利用风能进行生产，降低发电的损耗，节约成本。同时，当前我国风力发电机组中的偏航系统，与国际水平仍有一定的差距，所以要对偏航控制系统的发展进行分析探索，提高风力发电的水平。
（二）机组偏航系统的原理
当前我国的风力发电机组中，偏航系统可以分为两部分，即控制检测系统和运行系统。风力发电系统中，机组偏航系统的原理，是将测风传感器收集的风向数据传输到偏航控制系统的控制器中，然后偏航控制器通过信号放大、比对，将分析出的顺时针、逆时针指令传输到偏航电机中，进行风轮偏航动作。当风轮轴方向与风向一致时，风向标停止风向数据传输，偏航系统自动停止运转。在偏航驱动向风机信号运输的过程中，还可以将数据转向偏航编码器中，在偏航控制器中重新校验，确保指令的正确性。此外，在偏航系统运行过程中，风力机会根据风力发电机组方位，将数据信号传输回监测系统，检测系统纠正偏航误差，检测风轮的方向是否与风向一直，从而使整体对风工作高效有序运行，使得整个风力发电的风轮能够始终保持风向的一致性，提高风能的利用效率和发电的产量。并且，偏航系统的正确运行，还能够保证电缆的自动解缆，避免安全事故的发生。
二、风力发电机组偏航系统控制策略
（一）针对风向的控制策略
根据风力发电系统的实际运行过程，偏航系统会进入不同的运行模式。偏航系统可分为四种模式：待机状态、偏航状态、解缆状态、手动状态，一般运行模式为待机状态，依据实际运行情况，向其他三种状态进行转变。一般情况下，风力发电机组的运行不需要人力值守，基本上处于自动运行中。其中，从待机状态与偏航状态的相互转换，是整体偏航系统的中心所在，尤为重要。偏航系统的依据模式如图1所示，需要根据实际风向的不同，进行风轮平面位置的调整，以此减少风轮工作过程中可能发生的安全隐患，降低安全风险。
在进行风轮平面位置的调整时，首先需要采取时刻跟进策略，要保证机舱位置能够始终迎着风向的变化，才能够确保整体系统的有效运行，使风力发电工作高效有序的展开。风能属于自然能源，具有稳定性，所以偏航系统需要始终保持运行状态，使得机舱位置始终处于迎风方向，以期能够在最大限度上确保迎风性。其次，当主观、客观条件存在缺陷的情况下，也可以采取伪时刻跟进策略，减少各项成本的损耗，同时能够保证风力发电系统的有效运行。例如，风力发电机组主机厂可以根据自家机组特点，合理设置风力误差范围，当风力、风向等因素超过了提前设定好的范围之后，机舱位置才开始改变，偏航系统才进入运行状态，从而保证偏航系统的寿命，减少器材的损耗和运行时间。同时，伪时刻跟进策略还能够满足一些自然环境恶劣的地区，如风向变化快、不稳定的地区。风向情况多变，会增加实际工作量，为避免各项资源技术的损耗，可以采取伪时刻跟进策略，从而在保证偏航系统有效运转的情况下，减少工作负担和成本。最后，主机厂还可以改进伪时刻跟进策略，依据小风况值、大风况值的持续时间不同、风况情况的不同，合理设置启动运行范围，增加偏航系统的运行安全性、有效性、持久性，从而保证偏航系统和风力发电系统的长久有效运行。
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图1机舱方位角、风向方位角示意图
（二）偏航系统的有效设计
风力发电机组中，偏航系统处于核心的位置，所以必须要对偏航系统的各组成部分进行有效地分析，才能够确保偏航系统的实际运行效率。当前我国的偏航系统常采用主动偏航的控制系统，以此确保叶轮对风的准确性，但是对结构设计有着较高的要求，所以对偏航系统进行有效设计，首先需要对其硬件的结构进行有效设计。机组偏航系统一般由偏航轴承、偏航驱动装置、偏航制动器、偏航计数器、纽缆保护装置、偏航液压装置组成。在实际中，需要通过使用单片机或变频器来组成偏航系统的主电路。此外还需要进行合理的接口分配，才能保证系统的有效运行。由于风力发电的外部自然环境大多较为恶劣，工作条件也极为复杂，所以要依据具体建设地点的实际状况，科学合理地建设偏航系统。测风装置是偏航系统中最重要的装置之一，关系到偏航系统数据的准确性，所以还应对测风装置进行有效设计。测风装置一般由风速和风向传感器、电源、支架等硬件构成。可以通过选用超声波式风速风向仪，确保整体工作的精度和有效性。超声波式风速风向仪可内部集成加热器，以避免低温环境对风速风向仪产生的不良影响，保证传输至偏航系统控制器风向数据的准确性，确保风力发电的持续健康运行。此外，还应对偏航系统的执行机构硬件进行有效设计，如齿轮轴承的合理选型，偏航减速机器、制动器的安装，偏航液压回路等设计，确保整个偏航执行机构的完整性和有效性。
其次，风力发电的机组偏航系统，还需要对软件系统进行有效设计。发电机组主控程序中应合理设置定时扫描程序，使其能够依据测风传感器的传输数据，将机舱调整至有效位置。定时扫描程序应依据不同情况，使机舱能够及时作出测风控制程序、自动解缆程序、人工偏航程序、自动偏航程序。根据风力发电的相关标准，由于各类型风电机组的设计方式不同，电缆的实际缠绕圈数并不相同，所示需要及时解缆，才能够防止电缆缠绕过多发生的危险情况，同时也能够保证风能的有效利用。此外，还需要设计报警系统，以及气动刹车装置，确保风电机组在实际生产运行过程中的安全性。
结束语：总而言之，分析研究风力发电中机组偏航系统，能够有效地解决风力发电在实际运行生产中，可能存在的各项问题，保证风力发电系统持续健康运行，为我国各领域快速发展，提供坚实有力的动力来源，促进各生产领域的稳定运行。
参考文献：
[1]叶宁.浅谈风力发电机组偏航系统现场运行技术应用[J].红水河,2019,38(04):43-46+61.
[2]白金亮. 一种风力发电机组偏航速度故障原因分析及解决方案[C]. 第六届中国风电后市场交流合作大会论文集.中国农业机械工业协会风力机械分会:中国农业机械工业协会风力机械分会,2019:66-70.
论文作者:高磊
论文发表刊物:《电力设备》2019年第22期
论文发表时间:2020/4/13
标签：偏航论文; 系统论文; 风向论文; 风力发电论文; 风轮论文; 机组论文; 策略论文; 《电力设备》2019年第22期论文;