風力發電機中的迎風自動系統論述淺析

郭　嘉,董　澤

（華北電力大學,河北 保定 071003）

風力發電機中的迎風自動系統論述淺析

郭嘉,董澤

（華北電力大學,河北 保定 071003）

摘要：迎風自動系統是風力發電機的重要組成部分，對于保障風力發電機的正常發電有著直接影響。風力發電機中的迎風自動系統可自動捕獲風能，最大程度地使葉輪持續保持迎風狀態，輸出更多的電能。因此應根據風力發電機中的迎風自動系統的工作原理和結構，進一步優化和完善迎風自動化系統，提高風力發電機的輸出功率和經濟效益。本文分析了風力發電機中的迎風自動系統工作原理，闡述了風力發電機的迎風自動系統設計。

關鍵詞：風力發電機；迎風自動系統；系統設計

近年來，世界各國環境污染和能源短缺問題日益嚴重，風能作為一種重要的可再生能源，受到人們的廣泛關注。隨著各種高新技術的快速發展，風力發電機的多機聯網逐漸成為風力發電的重要趨勢，而迎風自動控制是風力發電場的核心問題，因此必須加強對風力發電機中迎風自動系統的研究和開發力度，充分發揮風能發電的低成本、高效、節能的優勢。

1　風力發電機中的迎風自動系統工作原理

1.1風力發電機

風力發電機主要由回轉體、葉輪、發電機、擴散管、中央圓筒和收縮管等組成，葉輪前方安裝有收縮管和增壓管，后方加設擴散管，當流速和風向不斷變化、能流密度較低的自然風通過發電機濃縮裝置后，明顯提高自然風的能流密度，并且使自然風保持流速均勻，改善發電機葉輪接收到風能品質[1]，從而保障長時間發電和良好的發電質量。風力發電機特殊的流場和形體結構決定了其必須設置一套專門的迎風自動系統。

1.2迎風自動系統

迎風自動系統主要是為了滿足風力發電機的聯機并網發電的需求。由于風力發電機的體積和質量較大，具有極大的慣性力，普通的機械控制難以準確完成對風，因此應設計迎風自動系統。對于風力發電機的迎風自動系統，由于發電機葉輪被設置在濃縮裝置內部，改變葉片的大小和形狀受到空間限制，并且會影響葉輪受到的空氣動力，影響風力發電機的運行性能，因此不適合采用擾流或者變槳，最好是能夠設計一套專門的迎風自動控制系統，在大風時實現風力發電機的順槳限速，保持風向和葉輪掃掠面相互平行。

2　風力發電機的迎風自動系統設計

2.1迎風自動系統部件設置

（1）風向風速測量裝置。迎風自動系統想要確保控制的準確、可靠，首先自動控制系統自身必須安全可靠，然后要及時準確的測量控制參數。風力發電機的迎風自動系統可采用EY1A型電傳風速風向儀。

（2）控制單元。風力發電機長期處于大風沙、高濕、高寒等惡劣環境中，這要求風力發電機中迎風自動系統的控制單元必須具有較強的環境適應性，如選擇PLC可編程控制器，其工作環境可達零下30攝氏度到零上35攝氏度，在不凝露條件下濕度范圍達10％～90％，可長時間安全、穩定的運行。并且和單片機相比，可編程控制器在惡劣環境中的抗干擾能力和適應能力較強，因此可選擇PLC作為風力發電機迎風自動系統的控制單元。

2.2迎風自動系統流程

通過選擇迎風自動系統的相關部件，其整個系統流程為：風速風向儀設置在風力發電機濃縮裝置上，實時接收風速風向信號，地面上主機通過七芯電纜可風速風向儀相聯，主機實時顯示風速和風向信號，經過PLC進行計算得出輸出信號，調節直流電機的正反轉和啟停，通過齒輪傳動和蝸輪蝸桿驅動風力發電機回轉體轉動，實現風力發電機的自動迎風。

2.3迎風自動系統的控制設計

風力發電機中的迎風自動系統應實現根據風速大小和風向判斷是否順槳、是否迎風，如果風力發電機迎風，則結合風向變化判斷調向電機反轉還是正轉、何時起動、何時停轉，從而迎風自動系統控制風力發電機的調向電機做出相應動作，準確的順槳或者迎風，在可利用的風速范圍內使風力發電機盡可能多地利用和捕獲風能。風向和風速信號是迎風自動系統主要的控制參量，風向和風速是隨機量，方向和大小時時變化，為了可靠、準確的控制，迎風自動系統需實時監控風向和風速值，為了滿足這個要求，風力發電機的迎風自動系統可采用IP1624PLC閉環控制，根據實時的檢測信號，調節控制量大小，實現風力發電機的自動迎風。

3　結束語

為了確保風力發電機的正常發電，根據風力發電機的工作原理和形體結構，設計風力發電機的迎風自動系統，使風力發電機葉輪可以在正面迎風時，可以捕獲更多的風能，并且合理設置調向電機，最大程度地使葉輪保持迎風狀態，使風力發電機輸出更多的電能。

參考文獻：

[1]關旭.小型風力發電機自動迎風和剎車系統電氣控制回路設計[J].內蒙古電力技術,2013（01）：21-24.

[2]季田,田德,卞桂虹.濃縮風能型風力發電機迎風調向MCU控制系統[J].可再生能源,2003（01）：15-17.

[3]康麗霞,田德,刁明光.濃縮風能型風力發電機迎風及限速自動控制系統[J].太陽能學報,2002（02）：217-222.

作者簡介：郭嘉（1983—），男，河北保定人，工學學士，研究方向：控制工程。