隨著世界能源與環(huán)境問題日趨嚴(yán)重，風(fēng)能已成為使用最為廣泛和發(fā)展最快的可再生能源之一。風(fēng)電機(jī)組葉輪直徑已呈現(xiàn)尺寸不斷增大的趨勢，僅陸上機(jī)型，已由1.5MW機(jī)組72m提升到當(dāng)前3.XMW機(jī)組156m。隨著風(fēng)電機(jī)組葉輪直徑的不斷增大，葉片角度校準(zhǔn)方案的可靠性與準(zhǔn)確性受到越來越多的關(guān)注。

　　1 變槳系統(tǒng)功能與分類

　　變槳系統(tǒng)是變速恒頻風(fēng)電機(jī)組的重要組成部分，其功能是在額定風(fēng)速附近，依據(jù)風(fēng)速的變化實時調(diào)節(jié)葉片角度，控制吸收的機(jī)械能，在保證獲得最大能量(與額定功率對應(yīng))前提下，減少風(fēng)力對風(fēng)電機(jī)組的沖擊;在停機(jī)時，變槳系統(tǒng)將槳葉調(diào)整到順槳位置，實現(xiàn)空氣動力學(xué)制動剎車，使風(fēng)電機(jī)組安全停運(yùn)。

　　目前，在變槳系統(tǒng)技術(shù)路線方面，國際上存在液壓和電動兩種技術(shù)體系。液壓變槳系統(tǒng)是通過控制液壓單元的液壓缸驅(qū)動連桿裝置來推動槳葉，以實現(xiàn)變槳。電動變槳系統(tǒng)則是通過減速機(jī)構(gòu)和傳動裝置，由伺服電動機(jī)來推動槳葉以實現(xiàn)變槳。

　　2 電動變槳系統(tǒng)的構(gòu)成

　　電動變槳系統(tǒng)一般包括伺服電動機(jī)、控制器、電動機(jī)驅(qū)動器、不間斷電源、變槳減速機(jī)、傳感器等，其中傳感器主要分為限位開關(guān)、接近開關(guān)和冗余編碼器。

　　電動變槳系統(tǒng)工作時，可編程邏輯控制器(pro- grammable logic controller, PLC)控制系統(tǒng)根據(jù)風(fēng)電機(jī)組主控所給的位置或速度指令控制伺服驅(qū)動器進(jìn)行輸出，伺服驅(qū)動器將轉(zhuǎn)矩和轉(zhuǎn)速信號轉(zhuǎn)化為電流和頻率信號進(jìn)一步控制伺服電動機(jī)運(yùn)行，伺服電動機(jī)通過減速機(jī)實現(xiàn)高轉(zhuǎn)速、低轉(zhuǎn)矩向低轉(zhuǎn)速、高轉(zhuǎn)矩的轉(zhuǎn)變。最終，變槳減速機(jī)齒輪通過與葉根軸承的嚙合，控制葉片實現(xiàn)角度變化。

　　3 葉片角度校準(zhǔn)的意義

　　變槳電動機(jī)通過減速機(jī)與葉根軸承相結(jié)合，形成一種可靠的機(jī)械連接方式，在風(fēng)電機(jī)組服役過程中，葉片角度會頻繁變換以適應(yīng)實時變化的風(fēng)速，同時伴隨著機(jī)械連接的磨損。磨損后的減速機(jī)或軸承將引起三支葉片角度不一致，造成風(fēng)電機(jī)組氣動不平衡現(xiàn)象。

　　據(jù)現(xiàn)場應(yīng)用發(fā)現(xiàn)，氣動不平衡將會影響風(fēng)電機(jī)組發(fā)電效率，也會產(chǎn)生風(fēng)電機(jī)組額外問題，例如會對變槳系統(tǒng)、傳動鏈、偏航系統(tǒng)等關(guān)鍵部件帶來損傷。所以，準(zhǔn)確的葉片角度校準(zhǔn)技術(shù)對風(fēng)電機(jī)組的安全運(yùn)行有著至關(guān)重要的意義。

　　4 葉片角度校準(zhǔn)技術(shù)簡介

　　針對葉片角度校準(zhǔn)，變槳廠商需要解決兩方面的難題：①校準(zhǔn)方案需要長期有效，即能夠在設(shè)計壽命20年內(nèi)準(zhǔn)確地檢測出預(yù)定的角度偏差;②校準(zhǔn)方案需要考慮足夠的設(shè)計裕量，確保變槳系統(tǒng)具備一定的容錯機(jī)制，避免由于角度校準(zhǔn)故障誤報而導(dǎo)致風(fēng)電機(jī)組停機(jī)。

　　當(dāng)前，電動變槳系統(tǒng)采用的葉片角度校準(zhǔn)技術(shù)主要有冗余編碼器方案和接近開關(guān)方案。兩種方案會在變槳系統(tǒng)電動機(jī)的末端安裝絕對值編碼器，并將該編碼器的反饋值稱為默認(rèn)角度值。

　　此外，為校準(zhǔn)葉片實際角度，在葉根軸承上安裝傳感器(冗余編碼器或接近開關(guān))，該傳感器反饋值稱為校準(zhǔn)角度值。當(dāng)變槳系統(tǒng)中默認(rèn)角度值與校準(zhǔn)角度值偏差超過設(shè)計極限時，系統(tǒng)將報故障。