Page 119 - 新能源风力发电技术与自动化技术研究

第三章 风力发电机组设计与优化

二、风力发电机组整机模型设计与装配

（一）设计目标和功能
风电机组是一个“风—构—控—电”等多学科交叉和耦合的集成系统。风电

机组整机模型要在一定程度上反映这一特点。因此，整机模型的总体结构应包含
真实风电机组的主要部件和系统。整机模型的总体电路应满足真实风电机组的基
本控制系统和策略的要求。详细设计各系统的组成结构和控制系统的控制策略及

程序，为后续开展实验研究搭建实验平台，应具有以下功能。
1. 总体结构
风电机组整机模型的总体设计思路为风力带动风轮旋转从而拖动增速器的低
速轴，再通过增速器的高速轴带动发电机运行。风电机组模型结构主要包括风轮、
传动系统、偏航系统、塔架以及基座五大部分的设计，具体设计原则为：第一，

应与实际风力发电机组结构相似。在结构设计阶段考虑全面，最大程度地应用实
际风力发电机组各部件形式；第二，应充分考虑实验室的实际条件。在满足设计
要求的前提下，尽可能地简化风电机组模型结构；第三，应易于安装和维护。在

整个风力发电机组模型的设计中，应尽可能使零部件易于加工和安装，各部件之
间的连接应简单合理。整机组装后，寿命短的部件应易于拆卸和更换。
2. 整体控制系统
风力发电机组整体控制系统是实现发电过程的“中枢神经”系统，它将切入、
变速、变桨、并网、安全保护、检测与诊断、切出等运行动作和功能有机地组织

和集成为机组有序、有效、可靠和自动的“行为”。因此，风力发电机组整体控
制系统的设计和验证至关重要。整体控制系统包含变桨、传动、偏航以及制动系
统等。在监测控制风力发电机组各部分工作运行状态的同时，还要利用控制系统

对机组进行优化，提高风电机组的安全稳定性。所设计的控制系统主要硬件包括
以下几部分：控制电脑树莓派，用于执行操作命令、接收发送控制信号并实现人
机互动等；继电器，控制离合刹车器以及制动器的通断；舵机控制板，控制舵机
的脉冲信号以实现变桨系统和偏航系统的命令；各类传感器模块，实现功率、转
速、风速、方位等信号的测量和数据采集；整流器、逆变器等，使负载能够接收

到稳定的交流电。此外，还设计了启动按钮和停机按钮，按下启动按钮可使机组
自动执行机组启动、变桨、偏航以及数据采集、绘图等一系列操作，按下停机按

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