Sut mae System Rheoli Yaw yn Gweithio mewn Tyrbinau Gwynt
Mae tyrbinau gwynt modern wedi'u cynllunio i ddal cymaint o ynni â phosibl o gyfeiriad a chyflymder newidiol ceryntau'r gwynt. Er mwyn sicrhau bod y rotor (llafn) bob amser yn "wynebu" y gwynt ar yr ongl gywir, mae angen mecanwaith ar y tyrbin a all gylchdroi'r gondola (nacelle) yn ôl newidiadau yng nghyfeiriad y gwynt. Gelwir y mecanwaith hwn yn system rheoli yaw. Yn syml, yaw yw cylchdro'r tyrbin o amgylch echel fertigol, fel bod plân ysgubo'r rotor yn parhau i fod yn gyfochrog â chyfeiriad y gwynt sy'n dod i mewn. Mae'r erthygl hon yn trafod sut mae'r system rheoli yaw yn gweithio mewn tyrbinau gwynt, ei phrif gydrannau, strategaethau rheoli, a heriau a chynnal a chadw.
1. Pam mae Rheoli Yaw yn Bwysig?
Prif nod rheoli troelli yw lleihau camliniad troelli, sef y gwahaniaeth onglog rhwng cyfeiriad y gwynt a chyfeiriad teithio'r rotor. Os yw'r rotor wedi'i gamlinio â'r gwynt, mae rhywfaint o egni'r gwynt yn "mynd" trwy'r rotor heb gael ei ddal yn optimaidd. Yr effaith:
1. Allbwn pŵer is. Yn gyffredinol, po fwyaf yw'r camliniad, y mwyaf yw'r gostyngiad yn yr allbwn pŵer.
2. Mae llwythi strwythurol yn cynyddu. Pan ddaw'r gwynt o'r ochr, mae'r grymoedd aerodynamig yn mynd yn anghymesur ac yn sbarduno llwythi deinamig ar y llafnau, y canolbwynt, yr echel, a'r tŵr.
3. Dirgryniad a gwisgo cyflymach. Gall camliniad gynyddu dirgryniad a chyflymu gwisgo ar gydrannau mecanyddol.
Gyda rheolaeth dda ar y gyriant, gall y tyrbin gynnal effeithlonrwydd ac ymestyn ei oes gwasanaeth.
2. Egwyddorion Sylfaenol System Yaw
Mae tyrbinau gwynt echelin lorweddol (HAWTs) fel arfer yn defnyddio system yaw gweithredol, sy'n cylchdroi'r nacelle yn weithredol gan ddefnyddio modur. Yn wahanol i dyrbinau bach, sydd weithiau'n defnyddio cynffon (fane) i "ddilyn" y gwynt yn oddefol, mae tyrbinau ar raddfa gyfleustodau bron bob amser yn defnyddio yaw gweithredol oherwydd màs mawr y nacelle a'r angen am reolaeth fanwl gywir.
Pan fydd y synhwyrydd yn canfod newid yng nghyfeiriad y gwynt, mae'r rheolydd (rheolydd PLC/SCADA) yn cyfrifo faint y dylai'r tyrbin gylchdroi. Os yw'r ongl gamliniad yn fwy na throthwy penodol, mae'r modur yaw yn ymgysylltu â'r gerau ar y beryn yaw, gan achosi i'r nacelle gylchdroi nes ei fod wedi'i alinio.
3. Prif Gydrannau'r System Rheoli Yaw
a) Synhwyrydd Cyflymder a Chyfeiriad y Gwynt
Uwchben y nacelle fel arfer mae:
– Ceiliog gwynt i fesur cyfeiriad y gwynt o'i gymharu â'r nacelle.
– Anemomedr i fesur cyflymder y gwynt.
Y data hwn yw'r prif fewnbwn ar gyfer penderfynu a oes angen gwneud cywiriad yaw.
b) Beryn Yaw
Mae'r beryn yaw yn beryn mawr, siâp cylch sy'n caniatáu i'r nacelle gylchdroi ar y tŵr. Rhaid i'r beryn hwn allu gwrthsefyll y llwyth cyfun: pwysau'r nacelle, gwthiad y rotor, a'r llwythi deinamig a achosir gan gythrwfl.
c) Gyriant Yaw a Modur Yaw
Mae gyriant yaw fel arfer yn cynnwys nifer o foduron trydan (yn aml mwy nag un ar gyfer diswyddiad) sy'n gyrru gêr pinion sy'n cydblethu â gêr cylch ar y beryn yaw. Gall y moduron weithredu'n bob yn ail neu ar yr un pryd yn dibynnu ar y dyluniad a'r gofynion trorym.
d) Brêc Yaw
Yn ogystal â'r modur, mae system frecio i atal y nacelle rhag troelli'n rhydd. Mae breciau yaw yn hanfodol ar gyfer:
– sefydlogi’r safle pan fydd y tyrbin yn cyrraedd yr ongl a ddymunir,
– atal symudiadau bach parhaus (hela yaw),
– dal y nacelle yn ystod rhai amodau gwynt neu pan fydd y tyrbin yn stopio.
e) Rheolydd Tyrbin (Rheolydd)
Mae'r rheolydd yn derbyn signalau synhwyrydd, yn defnyddio rhesymeg reoli, ac yna'n anfon gorchmynion i'r moduron a'r breciau. Mae'r rheolydd hefyd yn gweithredu rhynggloi diogelwch: er enghraifft, atal troi'n ôl pan fydd synhwyrydd yn methu, pan fydd y tyrbin mewn rhai moddau, neu pan fydd cyflymder y gwynt yn eithafol.
4. Sut Mae'r Tyrbin yn Penderfynu Pryd i Yawio?
Nid yw tyrbinau bob amser yn cywiro bob tro mae'r gwynt yn newid ychydig. Os ydyn nhw'n rhy sensitif, bydd y system yn symud yn aml ac yn cyflymu traul ar y modur, y blwch gêr bach yn y gyriant yaw, a'r berynnau yaw. Felly, mae rheoli yaw yn gyffredinol yn defnyddio'r cysyniadau trothwy (band marw) ac oedi amser.
a) Gwall Yaw a Band Marw
– Gwall y gwynt wedi’i fesur = cyfeiriad y gwynt wedi’i fesur – safle’r nacelle ar hyn o bryd
– Mae band marw yn ystod goddefgarwch, er enghraifft ±5° i ±15° (yn amrywio rhwng gweithgynhyrchwyr a strategaethau rheoli).
Os yw'r gwall yaw yn dal i fod o fewn y band marw, mae'r tyrbin yn dewis peidio â symud.
b) Oedi Amser a Hidlo Data
Mae cyfeiriad y gwynt yn amrywio oherwydd tyrfedd. Felly, mae data synhwyrydd fel arfer yn:
– wedi’i hidlo gan ddefnyddio cyfartaledd symudol,
– wedi’i asesu dros gyfnod o amser (e.e. 10–60 eiliad),
fel nad yw'r tyrbin yn ymateb i "sŵn" dros dro.
c) Strategaeth Camau Yaw
Yn lle cylchdroi’n barhaus, mae tyrbinau’n aml yn troi mewn camau bach. Byddant yn cylchdroi ychydig raddau, yn stopio, yn ailasesu, ac yna’n ailddechrau os oes angen. Mae’r dull hwn yn helpu i leihau osgiliad a rheoli llwythi mecanyddol.
5. Proses Weithio Rheoli Yaw yn Ddilyniannol
Dyma lif gwaith cyffredin ar gyfer tyrbinau ar raddfa fawr:
1. Mesur amodau'r gwynt. Mae ceiliog y gwynt yn darllen cyfeiriad y gwynt o'i gymharu â'r nacelle, mae'r anemomedr yn darllen y cyflymder.
2. Cyfrifo camliniad. Mae'r rheolydd yn cyfrifo'r gwall yaw ac yn gwirio a yw'n fwy na'r band marw.
3. Gwirio cyflwr gweithredol. Mae'r system yn sicrhau bod y tyrbin mewn cyflwr diogel i'w droi: dim larymau critigol, breciau'n barod, moduron ar gael, a therfynau cylchdroi cebl yn ddiogel (ar gyfer dyluniadau gyda cheblau y tu mewn i'r tŵr).
4. Rhyddhewch y breciau yaw (os oes angen). Gellir rhyddhau'r breciau i ganiatáu i'r nacelle symud.
5. Gweithrediad modur yaw. Mae'r modur yn cylchdroi'r nacelle tuag at y gwynt. Cedwir y gyfradd yaw yn gymharol araf i leihau'r llwyth (e.e., ychydig raddau'r eiliad).
6. Brecio a chloi safle. Wrth i ongl y targed agosáu, mae'r modur yn stopio ac mae'r breciau'n dal y nacelle yn gyson.
7. Dilysu. Mae'r synhwyrydd yn darllen eto i weld a yw'r gwall yaw wedi lleihau. Os nad yw, mae'r cylch yn ailadrodd.
6. Perthynas Rheoli Yaw â Rheoli Pitch a Phŵer
Nid yw rheolaeth yaw yn bodoli ar ei phen ei hun. Mewn tyrbinau modern, mae tri phrif reolaeth gyflenwol:
– Rheoli traw: yn newid ongl y llafnau i reoleiddio pŵer a llwyth.
– Rheoli cyflymder y rotor: yn addasu cylchdro'r rotor (trwy generadur a thrawsnewidydd).
– Rheoli yaw: yn sicrhau bod y rotor yn wynebu'r gwynt.
Er enghraifft, mewn gwyntoedd cryf iawn, gall y tyrbin fynd i mewn i'r modd cyfyngu pŵer ar uchder penodol. O dan yr amodau hyn, gellir gwneud y system yaw yn fwy ceidwadol er mwyn osgoi cynyddu'r llwyth. I'r gwrthwyneb, o dan amodau cynhyrchu arferol, bydd yaw yn fwy egnïol i gyflawni effeithlonrwydd.
7. Heriau a Phroblemau Cyffredin mewn Systemau Yaw
a) Hela Yaw
Mae hyn yn digwydd pan fydd y tyrbin yn newid cyfeiriad y gwynt yn rhy aml oherwydd signal cyfeiriad y gwynt swnllyd neu fand marw bach iawn. Mae hyn yn arwain at draul ar y modur, y breciau a'r berynnau.
b) Gwisgo Beryn Yaw a Gêr
Oherwydd y llwythi trwm a'r symudiad ailadroddus, mae iro ac archwilio yn hanfodol. Gall camliniad gêr, iro gwael, neu fewnlifiad halogion gyflymu'r difrod.
c) Methiant Synhwyrydd
Os yw'r fan gwynt wedi'i difrodi neu os yw'r anemomedr yn rhoi darlleniadau anghywir, gallai'r tyrbin fod yn wynebu'r cyfeiriad anghywir. Mae llawer o dyrbinau'n defnyddio diagnosteg a dyblygrwydd i ganfod synwyryddion diffygiol.
d) Terfyn Troelli Cebl
Mewn rhai dyluniadau, gall y ceblau trydanol a signal y tu mewn i'r nasel droelli os caiff y gyriant ei droi'n rhy bell i un cyfeiriad. Felly, mae systemau rheoli troelli, fel synhwyrydd troelli a gweithdrefn dad-droelli, ar waith i adfer y nasel.
8. Gofal ac Arferion Gorau
Er mwyn i'r system yaw weithio'n optimaidd, mae gweithredwyr fel arfer yn defnyddio:
– Calibradu synhwyrydd cyfeiriad y gwynt o bryd i’w gilydd.
– Gwiriad brêc a modur: tymheredd, cerrynt ac ymateb brêcio.
– Irwch berynnau a gerau yaw yn ôl amserlen y gwneuthurwr.
– Dadansoddi data SCADA: monitro amlder, hyd a phatrymau gwall y gam. Gall newidiadau mewn patrymau ddangos problemau cynnar.
– Archwiliad gweledol o'r gêr cylch, y bolltau, a strwythur y nacelle.
Casgliad
Mae'r system rheoli yaw yn allweddol i gadw tyrbinau gwynt yn wynebu'r gwynt a chynhyrchu pŵer yn effeithlon wrth gynnal llwythi strwythurol diogel. Gan ddefnyddio synwyryddion cyflymder a chyfeiriad y gwynt, mae'r rheolydd yn pennu pryd mae camliniad yn ddigon mawr i'w gywiro, yna'n cymhwyso'r gyriant yaw trwy'r modur ac yn dal y safle gyda breciau. Defnyddir strategaethau fel band marw, hidlo signalau, a chamu yaw i gydbwyso dau nod sy'n aml yn gwrthdaro: ymateb cyflym i newidiadau gwynt a lleihau traul cydrannau. Gan eu bod yn gweithredu mewn amgylcheddau eithafol ac yn cario llwythi sylweddol, mae angen dyluniad dibynadwy a chynnal a chadw wedi'i amserlennu ar systemau yaw i gynnal perfformiad tyrbin gorau posibl drwy gydol eu hoes weithredu.
