風(fēng)力發(fā)電作為可再生能源的代表之一，被廣泛看好，許多國(guó)家甚至頒布了相關(guān)政策和法規(guī)來(lái)鼓勵(lì)風(fēng)力發(fā)電的發(fā)展。而風(fēng)力發(fā)電機(jī)組通常設(shè)置在較高的塔架上，受風(fēng)場(chǎng)風(fēng)向的影響很大。偏航系統(tǒng)就是風(fēng)力發(fā)電機(jī)組核心組成部分之一，它能夠使風(fēng)力發(fā)電機(jī)組在不同風(fēng)向下旋轉(zhuǎn)，實(shí)現(xiàn)最大風(fēng)能有效利用。

（資料圖： 中船科技）

定義

風(fēng)電機(jī)組偏航系統(tǒng)，又稱(chēng)風(fēng)向系統(tǒng)或方位控制系統(tǒng)，是風(fēng)力發(fā)電機(jī)組中的一個(gè)重要子系統(tǒng)，位于塔筒與主機(jī)架之間。它通過(guò)感知風(fēng)場(chǎng)的風(fēng)向信號(hào)，控制整個(gè)風(fēng)機(jī)機(jī)身和風(fēng)輪的轉(zhuǎn)向，確保風(fēng)機(jī)葉片始終朝向風(fēng)的方向，最大限度地捕捉風(fēng)能，實(shí)現(xiàn)高效穩(wěn)定的發(fā)電。

工作原理

風(fēng)向檢測(cè)：風(fēng)向傳感器感知風(fēng)場(chǎng)的風(fēng)向，當(dāng)風(fēng)向發(fā)生變化時(shí)，將風(fēng)向信號(hào)傳送給偏航系統(tǒng)控制器。

風(fēng)向信號(hào)計(jì)算與傳遞：控制器接收風(fēng)向信號(hào)，并結(jié)合風(fēng)電機(jī)組的運(yùn)行狀態(tài)和其他參數(shù)，計(jì)算出風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)向所需的角度。如果風(fēng)向偏離了預(yù)定角度，控制器將發(fā)出指令，啟動(dòng)偏航驅(qū)動(dòng)裝置。

偏航動(dòng)作：偏航電機(jī)啟動(dòng)，帶動(dòng)偏航軸承旋轉(zhuǎn)機(jī)艙，使機(jī)艙重新對(duì)準(zhǔn)風(fēng)向。當(dāng)機(jī)艙旋轉(zhuǎn)到合適的角度時(shí)，系統(tǒng)會(huì)停止電機(jī)并鎖定位置。

鎖定與制動(dòng)：在機(jī)艙達(dá)到理想角度后，偏航剎車(chē)系統(tǒng)會(huì)將機(jī)艙固定在當(dāng)前位置，防止因外界力量（如風(fēng)的波動(dòng)或機(jī)組震動(dòng)）導(dǎo)致機(jī)艙不必要的旋轉(zhuǎn)。

通過(guò)持續(xù)的反饋和調(diào)整，偏航系統(tǒng)保持風(fēng)機(jī)葉片始終朝向風(fēng)的方向，從而實(shí)現(xiàn)高效捕捉風(fēng)能，提高風(fēng)電機(jī)組的發(fā)電效率。

作用

1.提高風(fēng)能利用效率：通過(guò)控制風(fēng)電機(jī)組的方向，能夠最大化地收集和利用風(fēng)能，提高風(fēng)能利用效率。

2.減少風(fēng)電機(jī)組的振動(dòng)和噪音：通過(guò)控制風(fēng)電機(jī)組的方向，能夠減少風(fēng)電機(jī)組的振動(dòng)和噪音，提高風(fēng)電機(jī)組的使用壽命。

（資料圖： 金風(fēng)科技）

3.增強(qiáng)風(fēng)電機(jī)組的安全性：通過(guò)控制風(fēng)電機(jī)組的方向，能夠確保風(fēng)電機(jī)組的安全運(yùn)行，避免因風(fēng)向突變等原因?qū)е碌氖鹿省?/p>

偏航系統(tǒng)組成

風(fēng)電機(jī)組的偏航系統(tǒng)是一種能夠控制風(fēng)電機(jī)組方向的技術(shù)，它通常由傳感器、控制系統(tǒng)和執(zhí)行機(jī)構(gòu)三部分組成。

1.傳感器：風(fēng)力發(fā)電機(jī)組偏航系統(tǒng)中的傳感器主要包括風(fēng)速傳感器和風(fēng)向傳感器。風(fēng)速傳感器用于感知風(fēng)的強(qiáng)度，而風(fēng)向傳感器則用于感知風(fēng)的方向。

2.控制系統(tǒng)：控制系統(tǒng)是風(fēng)力發(fā)電機(jī)組偏航系統(tǒng)的核心部分，主要包括控制算法和控制器?？刂扑惴ǜ鶕?jù)風(fēng)向傳感器的反饋信息計(jì)算出偏航控制參數(shù)，而控制器則將這些參數(shù)傳遞給執(zhí)行機(jī)構(gòu)。

3.執(zhí)行機(jī)構(gòu)：執(zhí)行機(jī)構(gòu)負(fù)責(zé)調(diào)整風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的朝向，使其與風(fēng)向保持一致。常見(jiàn)的執(zhí)行機(jī)構(gòu)包括偏航控制器、偏航電機(jī)等。

偏航系統(tǒng)傳感器

偏航傳感器是收集外部環(huán)境信息的關(guān)鍵組件，通過(guò)收集氣象數(shù)據(jù)，精準(zhǔn)地掌握風(fēng)向行情，并傳輸給偏航控制器進(jìn)行處理，主要包括：風(fēng)向傳感器、偏航計(jì)數(shù)器、扭纜傳感器、偏航驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)。

風(fēng)向傳感器：當(dāng)風(fēng)向發(fā)生變化時(shí)，風(fēng)向標(biāo)將檢測(cè)到風(fēng)機(jī)與主風(fēng)向之間有偏離，并傳遞信號(hào)到偏航控制器，經(jīng)過(guò)計(jì)算，偏航控制器將控制偏航驅(qū)動(dòng)裝置轉(zhuǎn)動(dòng)機(jī)艙對(duì)準(zhǔn)主風(fēng)向。

偏航計(jì)數(shù)器：偏航系統(tǒng)中設(shè)有偏航計(jì)數(shù)器，偏航計(jì)數(shù)器的作用是用來(lái)記錄偏航系統(tǒng)所運(yùn)轉(zhuǎn)的圈數(shù)，當(dāng)偏航系統(tǒng)的偏航圈數(shù)達(dá)到計(jì)數(shù)器的設(shè)定條件時(shí)，則觸發(fā)自動(dòng)解纜動(dòng)作，機(jī)組進(jìn)行自動(dòng)解纜并復(fù)位。計(jì)數(shù)器的設(shè)定條件是根據(jù)機(jī)組懸垂部分電纜的允許扭轉(zhuǎn)角度來(lái)確定的，其原則是要小于電纜所允許扭轉(zhuǎn)的角度。計(jì)數(shù)器可以采用2個(gè)接近開(kāi)關(guān)簡(jiǎn)單技術(shù)，也可以采用在扭纜傳感器里安裝編碼器實(shí)現(xiàn)精確計(jì)數(shù)。

扭纜傳感器：由于風(fēng)力機(jī)總是選擇最短距離最短時(shí)間內(nèi)偏航對(duì)風(fēng)，有時(shí)由于風(fēng)向的變化規(guī)律，風(fēng)電機(jī)組有可能長(zhǎng)時(shí)間往一個(gè)方向偏航對(duì)風(fēng)，這樣就會(huì)造成電纜的纏繞，如果纏繞圈過(guò)多，超過(guò)了規(guī)定的值，將造成電纜的損壞。為了防止這種現(xiàn)象的發(fā)生，通常安裝有扭纜傳感器。扭纜傳感器安裝在機(jī)艙底部，通過(guò)一個(gè)尼龍齒輪與偏航大齒圈嚙合。當(dāng)電纜的纏繞圈數(shù)過(guò)多，超過(guò)了規(guī)定的值，扭纜傳感器中觸點(diǎn)會(huì)斷開(kāi)，禁止偏航動(dòng)作，待運(yùn)維人員檢查后，手動(dòng)解纜，恢復(fù)機(jī)組運(yùn)行，大部分機(jī)組的扭纜保護(hù)信號(hào)串入了風(fēng)電機(jī)組的安全鏈系統(tǒng)。

偏航驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)：偏航驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)是將偏航控制器的指令轉(zhuǎn)化為實(shí)際的偏航動(dòng)作的裝置。常見(jiàn)的偏航驅(qū)動(dòng)裝置有液壓驅(qū)動(dòng)裝置和電動(dòng)驅(qū)動(dòng)裝置兩種。液壓驅(qū)動(dòng)裝置通過(guò)控制液壓缸的伸縮來(lái)實(shí)現(xiàn)偏航動(dòng)作，而電動(dòng)驅(qū)動(dòng)裝置則通過(guò)電機(jī)驅(qū)動(dòng)來(lái)實(shí)現(xiàn)。

偏航系統(tǒng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)組成

偏航執(zhí)行機(jī)構(gòu)主要由偏航軸承、偏航電機(jī)、偏航減速機(jī)、偏航小齒輪、偏航齒圈、制動(dòng)器、偏航液壓回路等設(shè)備所構(gòu)成。

1.偏航軸承

偏航軸承是支撐塔頂結(jié)構(gòu)（包括機(jī)艙和葉片）并允許其繞垂直軸旋轉(zhuǎn)的大型軸承。它需要承受巨大的徑向和軸向載荷，并且要保證在惡劣環(huán)境條件下長(zhǎng)時(shí)間穩(wěn)定運(yùn)行。偏航軸承通常采用四點(diǎn)接觸球軸承或交叉滾子軸承，這些軸承具有良好的承載能力和自調(diào)心功能。

2. 偏航電機(jī)

偏航電機(jī)是偏航系統(tǒng)的動(dòng)力源，負(fù)責(zé)驅(qū)動(dòng)偏航減速機(jī)，進(jìn)而帶動(dòng)整個(gè)機(jī)艙轉(zhuǎn)動(dòng)。偏航電機(jī)通常使用交流電機(jī)，為了偏航啟停過(guò)程的平穩(wěn)，可以增加偏航變頻器實(shí)現(xiàn)柔性啟停。

3. 偏航減速機(jī)

偏航減速機(jī)用于將偏航電機(jī)的高速低扭矩輸出轉(zhuǎn)換為低速高扭矩輸出，以適應(yīng)偏航系統(tǒng)的實(shí)際需求。由于偏航速度一般很低，所以減速比通常很大。行星減速機(jī)以其緊湊的結(jié)構(gòu)、高效率和大承載能力而廣泛應(yīng)用于風(fēng)力發(fā)電領(lǐng)域。根據(jù)機(jī)組偏航傳動(dòng)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)需要，可以布置多個(gè)減速機(jī)驅(qū)動(dòng)裝置。裝配時(shí)必須通過(guò)齒輪嚙合間隙調(diào)整機(jī)構(gòu)正確調(diào)整各個(gè)小齒輪與齒圈的相互位置，使各個(gè)齒輪副的嚙合狀況相一致，以避免出現(xiàn)卡滯或偏載問(wèn)題。

（資料圖： 華銳風(fēng)電）

4.偏航小齒輪和偏航齒圈

偏航小齒輪安裝在偏航減速機(jī)的輸出軸上，通過(guò)與偏航齒圈嚙合，實(shí)現(xiàn)機(jī)艙的旋轉(zhuǎn)。小齒輪和齒圈的設(shè)計(jì)需確保足夠的強(qiáng)度和耐磨性，同時(shí)，為了保證平穩(wěn)運(yùn)行，需要仔細(xì)調(diào)整兩者的嚙合間隙。

5.偏航制動(dòng)器

偏航制動(dòng)器的作用是在偏航過(guò)程中保持機(jī)艙的位置穩(wěn)定，并在需要時(shí)鎖定機(jī)艙，防止意外轉(zhuǎn)動(dòng)。制動(dòng)器通常采用液壓盤(pán)式制動(dòng)器，可以在必要時(shí)快速響應(yīng)，提供必要的制動(dòng)力矩。

6. 偏航液壓回路

偏航液壓回路主要負(fù)責(zé)偏航制動(dòng)器的控制。液壓系統(tǒng)通過(guò)控制壓力來(lái)操作偏航制動(dòng)器，當(dāng)偏航動(dòng)作時(shí)，輸送到偏航制動(dòng)器的壓力減小，只保留背壓，保證偏航過(guò)程中穩(wěn)定，當(dāng)偏航不動(dòng)作時(shí)，全壓剎車(chē)，鎖定機(jī)艙，防止機(jī)艙轉(zhuǎn)動(dòng)。

分類(lèi)

風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的偏航系統(tǒng)一般分為主動(dòng)偏航系統(tǒng)和被動(dòng)偏航系統(tǒng)。

被動(dòng)偏航指的是依靠風(fēng)力通過(guò)相關(guān)機(jī)構(gòu)完成機(jī)組風(fēng)輪對(duì)風(fēng)動(dòng)作的偏航方式，常見(jiàn)的有尾舵、舵輪和下風(fēng)向三種，多用于小型的獨(dú)立風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)。

主動(dòng)偏航指的是采用電力或液壓拖動(dòng)來(lái)完成對(duì)風(fēng)動(dòng)作的偏航方式，常見(jiàn)的有齒輪驅(qū)動(dòng)和滑動(dòng)兩種形式。對(duì)于并網(wǎng)型風(fēng)力發(fā)電機(jī)組來(lái)說(shuō)，通常都采用主動(dòng)偏航的齒輪驅(qū)動(dòng)形式。

偏航系統(tǒng)面臨的挑戰(zhàn)

盡管偏航系統(tǒng)在風(fēng)力發(fā)電中扮演著重要角色，但其在實(shí)際應(yīng)用中也面臨一些挑戰(zhàn)：

1.偏航疲勞：由于風(fēng)的變化是頻繁且不規(guī)律的，風(fēng)機(jī)的偏航系統(tǒng)經(jīng)常需要進(jìn)行調(diào)整，這使得偏航電機(jī)、齒輪箱（減速器）和軸承承受較大的疲勞負(fù)荷。因此，偏航系統(tǒng)需要定期維護(hù)，確保其持續(xù)穩(wěn)定運(yùn)行。

（資料圖： 中船科技）

2.偏航過(guò)度：在風(fēng)向變化頻繁的地區(qū)，偏航系統(tǒng)會(huì)頻繁工作，導(dǎo)致系統(tǒng)過(guò)度磨損。如果偏航過(guò)于頻繁，可能會(huì)導(dǎo)致系統(tǒng)故障或效率下降。因此，需要優(yōu)化偏航控制算法，減少不必要的偏航動(dòng)作。

3.剎車(chē)系統(tǒng)失效：偏航剎車(chē)系統(tǒng)如果出現(xiàn)故障，機(jī)艙可能在強(qiáng)風(fēng)中無(wú)法固定，導(dǎo)致機(jī)艙過(guò)度旋轉(zhuǎn)，增加安全風(fēng)險(xiǎn)。因此，定期檢查剎車(chē)系統(tǒng)的可靠性是保障風(fēng)機(jī)安全的必要措施。

偏航系統(tǒng)故障和維修

偏航系統(tǒng)常見(jiàn)故障現(xiàn)象：

無(wú)法偏航：風(fēng)向傳感器故障、電氣控制系統(tǒng)故障、偏航電機(jī)故障、減速齒輪箱故障、偏航軸承故障。

偏航不準(zhǔn)確：風(fēng)向傳感器故障、電氣控制系統(tǒng)故障。

偏航速度過(guò)慢：偏航電機(jī)故障、減速齒輪箱故障。

偏航系統(tǒng)噪聲過(guò)大：偏航電機(jī)故障、減速齒輪箱故障。

偏航系統(tǒng)發(fā)熱過(guò)高：偏航電機(jī)故障。

故障檢查:

觀察：觀察偏航系統(tǒng)是否有異?，F(xiàn)象，如偏航速度過(guò)慢、偏航不準(zhǔn)確等。

聽(tīng)音：用聽(tīng)音器檢查偏航電機(jī)、減速齒輪箱等部件是否有異常聲音。

觸碰：用手觸碰偏航電機(jī)、減速齒輪箱等部件是否有異常發(fā)熱現(xiàn)象。

測(cè)量：使用儀表測(cè)量偏航系統(tǒng)的轉(zhuǎn)速、扭矩、溫度等參數(shù)。

維修方法：

更換損壞部件：根據(jù)故障檢查的結(jié)果，更換損壞的偏航系統(tǒng)部件。

調(diào)整參數(shù)：調(diào)整偏航系統(tǒng)的控制參數(shù)，使系統(tǒng)恢復(fù)正常運(yùn)行。

清理污垢：清理偏航電機(jī)的散熱風(fēng)道等部件，防止電機(jī)過(guò)熱。

未來(lái)發(fā)展趨勢(shì)

1.智能化控制：隨著人工智能技術(shù)的不斷發(fā)展，風(fēng)電機(jī)組偏航控制技術(shù)將會(huì)向智能化控制方向發(fā)展。

2.多源數(shù)據(jù)融合：隨著傳感器技術(shù)的不斷發(fā)展，將會(huì)出現(xiàn)更多種類(lèi)的傳感器，風(fēng)電機(jī)組偏航控制技術(shù)將會(huì)通過(guò)多源數(shù)據(jù)融合，提高控制系統(tǒng)的穩(wěn)定性和精度。

3.可視化控制：隨著虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)的不斷發(fā)展，風(fēng)電機(jī)組偏航控制技術(shù)將會(huì)向可視化控制方向發(fā)展，使操作更加直觀、簡(jiǎn)單。

代表企業(yè)

運(yùn)達(dá)股份

運(yùn)達(dá)能源科技集團(tuán)股份有限公司（運(yùn)達(dá)股份）是浙江省大型國(guó)有上市企業(yè)，在國(guó)內(nèi)最早從事新能源技術(shù)研究與產(chǎn)品開(kāi)發(fā)，是中國(guó)新能源事業(yè)的拓荒者、創(chuàng)新者和領(lǐng)軍者，曾研制出我國(guó)第一臺(tái)并網(wǎng)型風(fēng)力發(fā)電機(jī)組，至今深耕新能源已有50多年歷史，是國(guó)內(nèi)領(lǐng)先的新能源裝備制造企業(yè)和綜合能源服務(wù)企業(yè)。截至2023年12月，產(chǎn)品遍及國(guó)內(nèi)外600余個(gè)風(fēng)電場(chǎng)，機(jī)組最長(zhǎng)運(yùn)行時(shí)間超過(guò)20年，累計(jì)發(fā)電量超過(guò)3.6萬(wàn)億千瓦時(shí)，相當(dāng)于減排二氧化碳約36億噸。

在華能富川鄧家壩風(fēng)電場(chǎng)中，運(yùn)達(dá)機(jī)組針對(duì)歷史運(yùn)行數(shù)據(jù)對(duì)風(fēng)電機(jī)組偏航系統(tǒng)的控制性能進(jìn)行了評(píng)估分析，采用了智能偏航控制策略，根據(jù)風(fēng)機(jī)狀態(tài)、風(fēng)況等條件，自適應(yīng)智能控制偏航動(dòng)作，提高對(duì)風(fēng)精度，將偏航頻率和里程控制在合理范圍，提高發(fā)電量1.2%左右。

太重集團(tuán)

太原重型機(jī)械集團(tuán)有限公司（簡(jiǎn)稱(chēng)“太重集團(tuán)”）始建于1950年，是新中國(guó)自行設(shè)計(jì)建造的第一座重型機(jī)械制造企業(yè)。太重堅(jiān)持做強(qiáng)工業(yè)起重機(jī)、礦用挖掘機(jī)、冶金設(shè)備等傳統(tǒng)產(chǎn)品，做優(yōu)軌道交通部件、新能源裝備、鑄件鍛件基礎(chǔ)材料、高端液壓泵閥、高端數(shù)控機(jī)床等戰(zhàn)新產(chǎn)品，做精工程液壓挖掘機(jī)、智能工程起重機(jī)、新能源智能叉車(chē)等批量產(chǎn)品，全力打造“3+5+3”產(chǎn)品體系，產(chǎn)品出口到全球70多個(gè)國(guó)家和地區(qū)。

太重集團(tuán)提供集風(fēng)資源開(kāi)發(fā)、設(shè)備設(shè)計(jì)制造、總承包、風(fēng)場(chǎng)運(yùn)營(yíng)、后市場(chǎng)運(yùn)維服務(wù)為一體的綜合性風(fēng)電產(chǎn)業(yè)解決方案。公司按照資源開(kāi)發(fā)、設(shè)計(jì)制造、服務(wù)運(yùn)營(yíng)、海陸一體的發(fā)展理念，充分發(fā)揮自身的技術(shù)和制造優(yōu)勢(shì)，助力新能源與清潔能源高效利用。

（資料圖：太重新能源公司與山西大學(xué)研發(fā)-風(fēng)電機(jī)組偏航在線監(jiān)測(cè)分析系統(tǒng)）

新強(qiáng)聯(lián)

洛陽(yáng)新強(qiáng)聯(lián)回轉(zhuǎn)支承股份有限公司（以下簡(jiǎn)稱(chēng)新強(qiáng)聯(lián)）成立于2005年，坐落于九朝古都河南省洛陽(yáng)洛新產(chǎn)業(yè)集聚區(qū)，是一家高新技術(shù)企業(yè)。新強(qiáng)聯(lián)以大型回轉(zhuǎn)支承產(chǎn)品和風(fēng)力發(fā)電機(jī)偏航變槳軸承及主軸承產(chǎn)品研發(fā)、制造、銷(xiāo)售為主，是服務(wù)于風(fēng)力發(fā)電、海工裝備、港口機(jī)械、盾構(gòu)機(jī)設(shè)備等行業(yè)的創(chuàng)新型龍頭企業(yè)。

公司主要產(chǎn)品包括：風(fēng)電主軸軸承、偏航軸承、變槳軸承、海工裝備起重機(jī)回轉(zhuǎn)支承、盾構(gòu)機(jī)軸承及關(guān)鍵零部件；工業(yè)鍛件；鎖緊盤(pán)；聯(lián)軸器等。

（資料圖：新強(qiáng)聯(lián)-偏航軸承）

來(lái)源綜合自：百度文庫(kù)、風(fēng)電電氣設(shè)計(jì)、風(fēng)電智慧家、譯大象、半導(dǎo)體樂(lè)園、炫達(dá)集團(tuán)