風(fēng)力發(fā)電機(jī)中的迎風(fēng)自動(dòng)系統(tǒng)論述淺析

郭　嘉,董　澤

（華北電力大學(xué),河北 保定 071003）

風(fēng)力發(fā)電機(jī)中的迎風(fēng)自動(dòng)系統(tǒng)論述淺析

郭嘉,董澤

（華北電力大學(xué),河北 保定 071003）

摘要：迎風(fēng)自動(dòng)系統(tǒng)是風(fēng)力發(fā)電機(jī)的重要組成部分，對(duì)于保障風(fēng)力發(fā)電機(jī)的正常發(fā)電有著直接影響。風(fēng)力發(fā)電機(jī)中的迎風(fēng)自動(dòng)系統(tǒng)可自動(dòng)捕獲風(fēng)能，最大程度地使葉輪持續(xù)保持迎風(fēng)狀態(tài)，輸出更多的電能。因此應(yīng)根據(jù)風(fēng)力發(fā)電機(jī)中的迎風(fēng)自動(dòng)系統(tǒng)的工作原理和結(jié)構(gòu)，進(jìn)一步優(yōu)化和完善迎風(fēng)自動(dòng)化系統(tǒng)，提高風(fēng)力發(fā)電機(jī)的輸出功率和經(jīng)濟(jì)效益。本文分析了風(fēng)力發(fā)電機(jī)中的迎風(fēng)自動(dòng)系統(tǒng)工作原理，闡述了風(fēng)力發(fā)電機(jī)的迎風(fēng)自動(dòng)系統(tǒng)設(shè)計(jì)。

關(guān)鍵詞：風(fēng)力發(fā)電機(jī)；迎風(fēng)自動(dòng)系統(tǒng)；系統(tǒng)設(shè)計(jì)

近年來，世界各國環(huán)境污染和能源短缺問題日益嚴(yán)重，風(fēng)能作為一種重要的可再生能源，受到人們的廣泛關(guān)注。隨著各種高新技術(shù)的快速發(fā)展，風(fēng)力發(fā)電機(jī)的多機(jī)聯(lián)網(wǎng)逐漸成為風(fēng)力發(fā)電的重要趨勢(shì)，而迎風(fēng)自動(dòng)控制是風(fēng)力發(fā)電場的核心問題，因此必須加強(qiáng)對(duì)風(fēng)力發(fā)電機(jī)中迎風(fēng)自動(dòng)系統(tǒng)的研究和開發(fā)力度，充分發(fā)揮風(fēng)能發(fā)電的低成本、高效、節(jié)能的優(yōu)勢(shì)。

1　風(fēng)力發(fā)電機(jī)中的迎風(fēng)自動(dòng)系統(tǒng)工作原理

1.1風(fēng)力發(fā)電機(jī)

風(fēng)力發(fā)電機(jī)主要由回轉(zhuǎn)體、葉輪、發(fā)電機(jī)、擴(kuò)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(shè)擴(kuò)散管，當(dāng)流速和風(fēng)向不斷變化、能流密度較低的自然風(fēng)通過發(fā)電機(jī)濃縮裝置后，明顯提高自然風(fēng)的能流密度，并且使自然風(fēng)保持流速均勻，改善發(fā)電機(jī)葉輪接收到風(fēng)能品質(zhì)[1]，從而保障長時(shí)間發(fā)電和良好的發(fā)電質(zhì)量。風(fēng)力發(fā)電機(jī)特殊的流場和形體結(jié)構(gòu)決定了其必須設(shè)置一套專門的迎風(fēng)自動(dòng)系統(tǒng)。

1.2迎風(fēng)自動(dòng)系統(tǒng)

迎風(fēng)自動(dòng)系統(tǒng)主要是為了滿足風(fēng)力發(fā)電機(jī)的聯(lián)機(jī)并網(wǎng)發(fā)電的需求。由于風(fēng)力發(fā)電機(jī)的體積和質(zhì)量較大，具有極大的慣性力，普通的機(jī)械控制難以準(zhǔn)確完成對(duì)風(fēng)，因此應(yīng)設(shè)計(jì)迎風(fēng)自動(dòng)系統(tǒng)。對(duì)于風(fēng)力發(fā)電機(jī)的迎風(fēng)自動(dòng)系統(tǒng)，由于發(fā)電機(jī)葉輪被設(shè)置在濃縮裝置內(nèi)部，改變?nèi)~片的大小和形狀受到空間限制，并且會(huì)影響葉輪受到的空氣動(dòng)力，影響風(fēng)力發(fā)電機(jī)的運(yùn)行性能，因此不適合采用擾流或者變槳，最好是能夠設(shè)計(jì)一套專門的迎風(fēng)自動(dòng)控制系統(tǒng)，在大風(fēng)時(shí)實(shí)現(xiàn)風(fēng)力發(fā)電機(jī)的順槳限速，保持風(fēng)向和葉輪掃掠面相互平行。

2　風(fēng)力發(fā)電機(jī)的迎風(fēng)自動(dòng)系統(tǒng)設(shè)計(jì)

2.1迎風(fēng)自動(dòng)系統(tǒng)部件設(shè)置

（1）風(fēng)向風(fēng)速測量裝置。迎風(fēng)自動(dòng)系統(tǒng)想要確保控制的準(zhǔn)確、可靠，首先自動(dòng)控制系統(tǒng)自身必須安全可靠，然后要及時(shí)準(zhǔn)確的測量控制參數(shù)。風(fēng)力發(fā)電機(jī)的迎風(fēng)自動(dòng)系統(tǒng)可采用EY1A型電傳風(fēng)速風(fēng)向儀。

（2）控制單元。風(fēng)力發(fā)電機(jī)長期處于大風(fēng)沙、高濕、高寒等惡劣環(huán)境中，這要求風(fēng)力發(fā)電機(jī)中迎風(fēng)自動(dòng)系統(tǒng)的控制單元必須具有較強(qiáng)的環(huán)境適應(yīng)性，如選擇PLC可編程控制器，其工作環(huán)境可達(dá)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(dá)10％～90％，可長時(shí)間安全、穩(wěn)定的運(yùn)行。并且和單片機(jī)相比，可編程控制器在惡劣環(huán)境中的抗干擾能力和適應(yīng)能力較強(qiáng)，因此可選擇PLC作為風(fēng)力發(fā)電機(jī)迎風(fēng)自動(dòng)系統(tǒng)的控制單元。

2.2迎風(fēng)自動(dòng)系統(tǒng)流程

通過選擇迎風(fēng)自動(dòng)系統(tǒng)的相關(guān)部件，其整個(gè)系統(tǒng)流程為：風(fēng)速風(fēng)向儀設(shè)置在風(fēng)力發(fā)電機(jī)濃縮裝置上，實(shí)時(shí)接收風(fēng)速風(fēng)向信號(hào)，地面上主機(jī)通過七芯電纜可風(fēng)速風(fēng)向儀相聯(lián)，主機(jī)實(shí)時(shí)顯示風(fēng)速和風(fēng)向信號(hào)，經(jīng)過PLC進(jìn)行計(jì)算得出輸出信號(hào)，調(diào)節(jié)直流電機(jī)的正反轉(zhuǎn)和啟停，通過齒輪傳動(dòng)和蝸輪蝸桿驅(qū)動(dòng)風(fēng)力發(fā)電機(jī)回轉(zhuǎn)體轉(zhuǎn)動(dòng)，實(shí)現(xiàn)風(fēng)力發(fā)電機(jī)的自動(dòng)迎風(fēng)。

2.3迎風(fēng)自動(dòng)系統(tǒng)的控制設(shè)計(jì)

風(fēng)力發(fā)電機(jī)中的迎風(fēng)自動(dòng)系統(tǒng)應(yīng)實(shí)現(xiàn)根據(jù)風(fēng)速大小和風(fēng)向判斷是否順槳、是否迎風(fēng)，如果風(fēng)力發(fā)電機(jī)迎風(fēng)，則結(jié)合風(fēng)向變化判斷調(diào)向電機(jī)反轉(zhuǎn)還是正轉(zhuǎn)、何時(shí)起動(dòng)、何時(shí)停轉(zhuǎn)，從而迎風(fēng)自動(dòng)系統(tǒng)控制風(fēng)力發(fā)電機(jī)的調(diào)向電機(jī)做出相應(yīng)動(dòng)作，準(zhǔn)確的順槳或者迎風(fēng)，在可利用的風(fēng)速范圍內(nèi)使風(fēng)力發(fā)電機(jī)盡可能多地利用和捕獲風(fēng)能。風(fēng)向和風(fēng)速信號(hào)是迎風(fēng)自動(dòng)系統(tǒng)主要的控制參量，風(fēng)向和風(fēng)速是隨機(jī)量，方向和大小時(shí)時(shí)變化，為了可靠、準(zhǔn)確的控制，迎風(fēng)自動(dòng)系統(tǒng)需實(shí)時(shí)監(jiān)控風(fēng)向和風(fēng)速值，為了滿足這個(gè)要求，風(fēng)力發(fā)電機(jī)的迎風(fēng)自動(dòng)系統(tǒng)可采用IP1624PLC閉環(huán)控制，根據(jù)實(shí)時(shí)的檢測信號(hào)，調(diào)節(jié)控制量大小，實(shí)現(xiàn)風(fēng)力發(fā)電機(jī)的自動(dòng)迎風(fēng)。

3　結(jié)束語

為了確保風(fēng)力發(fā)電機(jī)的正常發(fā)電，根據(jù)風(fēng)力發(fā)電機(jī)的工作原理和形體結(jié)構(gòu)，設(shè)計(jì)風(fēng)力發(fā)電機(jī)的迎風(fēng)自動(dòng)系統(tǒng)，使風(fēng)力發(fā)電機(jī)葉輪可以在正面迎風(fēng)時(shí)，可以捕獲更多的風(fēng)能，并且合理設(shè)置調(diào)向電機(jī)，最大程度地使葉輪保持迎風(fēng)狀態(tài)，使風(fēng)力發(fā)電機(jī)輸出更多的電能。

參考文獻(xiàn)：

[1]關(guān)旭.小型風(fēng)力發(fā)電機(jī)自動(dòng)迎風(fēng)和剎車系統(tǒng)電氣控制回路設(shè)計(jì)[J].內(nèi)蒙古電力技術(shù),2013（01）：21-24.

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