酒 泉 职 业 技 术 学 院
毕业论文
2012 级 风能与动力技术 专业
题 目：大容量风力发电机组 变桨系统的对比分析 毕业时间： 二O一五年六月 学生姓名： 师 元 胜 指导教师： 程 明 杰 班 级： 12级风电1班
2014年 6月20日
目录
摘要 ....................................................... 1 一、变桨系统的概念 ......................................... 1 （一）综述 .............................................. 1 （二）变桨的作用......................................... 2 1、功率调节作用 ....................................... 2 2、气动刹车作用 ....................................... 2 （三）机组对变桨系统的要求 ............................... 3 二、电动变桨 ............................................... 3 （一）电动变桨系统的机械结构 ............................. 3 （二）电动变桨的构成元件 ................................. 5 1、变桨系统及备用电源 ................................. 6 2、变桨电机 .......................................... 7 3、伺服驱动器......................................... 8 （三）电动变桨系统的工作过程 ............................. 9 三、液压变桨 .............................................. 10 （一）液压系统变桨的液压回路结构 ........................ 10 （二）液压变桨系统的工作过程 ............................ 12 四、电动变桨与液压变桨的对比 ............................... 13 (一)性能对比 ........................................... 13 （二）供应链的比较 ...................................... 14
五、结论 .................................................. 15 参考文献： ................................................ 16 致谢 ...................................................... 17
大容量风力发电机组变桨系统的对比分析
摘要：变桨距已经取代定桨距成为风力机组的主流。变桨系统是风力机组功
率控制和安全运行的重要执行结构，在风力发电机组中发挥着重要的作用。变桨系统也是我们研究风力发电的一个重要环节。本文将对大容量风力发电机组的电动变桨系统和液压变桨系统做一个对比分析。
关键词：变桨系统；电动变桨；液压变桨；数据分析；风力发电
一、变桨系统的概念
（一）综述
变桨系统的所有部件都安装在轮毂上。风机正常运行时所有部件都随轮毂以一定的速度旋转。
变桨系统通过控制叶片的角度来控制风轮的转速，进而控制风机的输出功率，并能够通过空气动力制动的方式使风机安全停机。
风机的叶片（根部）通过变桨轴承与轮毂相连，每个叶片都要有自己的相对独立的电控同步的变桨驱动系统。变桨驱动系统通过一个小齿轮与变桨轴承内齿啮合联动。
风机正常运行期间，当风速超过机组额定风速时（风速在12m/s到25m/s之间时），为了控制功率输出变桨角度限定在0度到30度之间（变桨角度根据风速的变化进行自动调整），通过控制叶片的角度使风轮的转速保持恒定。任何情况引起的停机都会使叶片顺桨到90度位置（执行紧急顺桨命令时叶片会顺桨到91度限位位置）。
变桨系统有时需要由备用电池供电进行变桨操作（比如变桨系统的主电源供电失效后），因此变桨系统必须配备备用电池以确保机组发生严重故障或重大事故的情况下可以安全停机（叶片顺桨到91度限位位置）。此外还需要一个冗余限位开关（用
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于95度限位），在主限位开关（用于91度限位）失效时确保变桨电机的安全制动。
由于机组故障或其他原因而导致备用电源长期没有使用时，风机主控就需要检查备用电池的状态和备用电池供电变桨操作功能的正常性。
每个变桨驱动系统都配有一个绝对值编码器安装在电机的非驱动端（电机尾部），还配有一个冗余的绝对值编码器安装在叶片根部变桨轴承内齿旁，它通过一个小齿轮与变桨轴承内齿啮合联动记录变桨角度。
风机主控接收所有编码器的信号，而变桨系统只应用电机尾部编码器的信号，只有当电机尾部编码器失效时风机主控才会控制变桨系统应用冗余编码器的信号。
（二）变桨的作用
根据风速的大小自动进行调整叶片与风向之间的夹角实现风轮对风力发电机有一个恒定转速；利用空气动力学原理可以使桨叶顺浆90°与风向平行，使风机停机。
1、功率调节作用
变桨距控制是最常见的控制风力发电机组吸收风能的方法，变桨目的是通过控制桨距角，调节叶轮吸收风能的功率。在额定风速以下时，风力发电机组应该尽可能的捕捉较多的风能，桨距角设定值设定在能够吸收最大功率的最优值，所以这时机组运行没有必要改变桨距角，一般桨距角设定在0°附近，以便让叶轮尽可能多的吸收风能，此时，空气动力载荷通常比在额定风速小。额定风速以上阶段时，变速控制器和变桨控制器共同作用，通过变速控制器即控制发电机的扭矩使其恒定，从而恒定功率；通过变桨调节发电机转速，使其始终跟踪发电机转速的设定值。改变桨距角充分的吸收风能使功率最大化，保证风机的利用率达到最高。
2、气动刹车作用
当风机处于维护状态时，提供手动变桨及其它安全维护及检修的功能。当电网电压掉电时，由备电电源提供电气系统工作电压，主要完成顺桨功能。轴柜变桨调节方式应分为自动/手动两种模式，自动/手动模式设置通过两位置开关实现，手动模式正、反向调节及停止设置通过三位置开关实现。当风机处于维护状态且变桨调
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