风力发电机组偏航系统设计、选型和试验研究

摘要

近年来，我国风力发电取得了巨大成就，但行业在迅速发展的同时，也出现了不少问题，这些问题是多方面的，包括市场、技术、制造、运维等方面。相比其它问题，技术问题具有根本性且解决起来需要花费更多的精力。早期，由于行业发展较快，各大企业主要着力于抢占市场，对技术细节的关注不够，事实证明这种粗放式的发展模式虽然使得风电行业得到快速发展，但却给中国风机的质量带来很大隐患。由于风力发电本身是一门多学科融合的综合性技术，通过一项研究或者一篇论文不可能涵盖所有的问题，通过调查研究，我们发现风力发电机组运动部分的故障远大于其它部分。运动部分包括变桨系统、偏航系统和主传动系统，本文将研究的主题定位为风力发电机组偏航系统，希望通过其中的细节研究能够探索出风力发电机组电气系统乃至与之相关的传动部分共性的研究思路。　　本文的主要研究内容有：　　（1）基于三质量模型，分别建立了变频器和接触器控制的偏航系统MATLAB仿真模型，并对各种工况下偏航运动进行了对比分析。分析了各种参数如转矩限制、转速给定、齿隙有无、齿轮系的刚度和阻尼、偏航停止时序对偏航系统性能的影响。　　（2）研究了偏航系统(广义的偏航系统)硬件部分的构成，包括偏航运动系统(狭义的偏航系统)、偏航制动系统和润滑系统，重点对偏航运动系统各部件如偏航电机、偏航变频器的选型进行了研究。　　（3）研究了偏航系统的各软件子模块，特别是对各种运动状态(偏航启动时、偏航运动时以及偏航停止时)下的偏航控制时序进行了详细分析。　　（4）试验研究，包括偏航运动系统试验、工厂测试、现场手动测试和运行试验。通过试验研究，验证了齿隙对偏航系统的影响。

目录

声明

第1章 绪论

1.1 课题研究背景和意义

1.2 风力发电机组偏航系统的研究现状

1.2.1 偏航系统总体结构

1.2.2 偏航系统电气及控制部分

1.2.3 偏航系统机械部分

1.3 本文研究的主要内容

第2章 风力发电机组系统

2.1 风力发电机组电气主回路

2.1.1 发电机

2.1.2 变流器

2.1.3 变压器

2.1.4 开关柜

2.2 风力发电机组控制系统

2.2.1 风力发电机组控制系统硬件部分

2.2.2 风力发电机组控制系统软件部分

2.3 风力发电机组电气系统设计

2.3.1 风力发电机组电气系统设计和其它部分的关系

2.3.2 风力发电机组电气系统设计过程

2.3.3 风力发电机组电气系统的运行条件和要求

第3章 基于三质量模型的风力发电机组偏航系统分析

3.1 偏航系统概述

3.2 偏航系统三质量模型的基本原理

3.3 偏航系统的仿真分析

3.3.1 偏航系统仿真程序的介绍

3.3.2 偏航系统稳定负载仿真及其结果

3.3.3 偏航系统动态负载仿真及其结果

3.3.4 偏航系统参数对性能影响的仿真

3.4 偏航系统仿真分析总结

第4章 偏航系统硬件部分

4.1 偏航系统概述

4.1.1 偏航系统的分类

4.1.2 偏航系统的组成

4.2 偏航运动系统

4.2.1 偏航系统PLC的选型

4.2.2 偏航系统传感器的选型

4.2.3 偏航电机的选型

4.2.4 偏航变频器及外其围部件选型

4.3 偏航制动系统

4.4 偏航润滑系统

4.5 偏航系统硬件部分的设计实现

第5章 偏航系统软件部分

5.1 偏航系统软件模块设计

5.1.1 偏航运动模块

5.1.2 偏航制动模块

5.1.3 偏航润滑模块

5.1.4 偏航系统中的故障处理

5.2 偏航系统的启动、运行和停止控制

5.2.1 偏航系统启动过程分析

5.2.2 偏航系统运动过程分析

5.2.3 偏航系统停止过程分析

5.2.4 偏航执行系统动作时序总结

5.3 偏航系统软件系统的设计实现

第6章 偏航系统试验

6.1 偏航系统试验概述

6.2 偏航对拖试验

6.2.1 偏航对拖系统试验平台介绍

6.2.2 稳定负载试验

6.2.3 动态工作试验

6.3 车间试验

6.3.1 车间试验场地介绍

6.3.2 车间试验过程及结果运行试验

6.3.3 齿隙测量

6.4 现场试验

6.4.1 手动偏航时的数据

6.4.2 风机运行时的数据(低风速)

6.4.3 风机运行时的数据(高风速)

6.5 本章小结

总结与展望

参考文献

致谢