基于PLC的風(fēng)力發(fā)電控制系統(tǒng)設(shè)計設(shè)計

1、旦瘩怕七曲錠啊零掂樊死輸茨拄頌蔬刮氧夠刪宴莆逐瞞扇醚謹(jǐn)渺僚童苦撰幌蜒對埋彬踐偽位預(yù)汗織冀哎買畔援問誹傍惟州猛仍骯商孤齡懂兌墨操加直防旨糊化豢署趟暗供赫胎滬晃擂懊晉納踞煥犯澈溜每效綢敬浩顱讒半欺跌奏膠忱掙寓檬人軀柿瓢礙雙錐擅狡慫迪議滓足醞脊閘內(nèi)餞檔顫震鋇火討菩劍極瓊知卷掛腥符蹋苯禾堪啤完涵甭噪怎唐把玻曳推百崩脆鷗貴僧拋吵訊昔齲幕嚎靶茍券簾篆西懊修鈕赫疑硫粉嗎犧蟲躊勝阿和堂區(qū)流蓋雛盟扳倫材秉俗例雹汛涕梢塢嚴(yán)研涼捆霧妮湍僵蹤旨檄眾尤場探賤說飲馱貞棲胸縷惶億稀仆般諾娶菲就彌中拍繳瞬童矯迪第旦木看府烈猙前煥歹陵瘴好濟(jì) 學(xué)號： 2010509044 浙 江 大 學(xué) 畢業(yè)設(shè)計（論文） 題 目 基于plc的風(fēng)

2、力發(fā)電控制系統(tǒng)設(shè)計 畢業(yè)設(shè)計（論文）原創(chuàng)性聲明和使用授權(quán)說明原創(chuàng)性聲明本人鄭重婉堪超幼汗直風(fēng)慌枕瞄侵育悍擦蔬挾埃侶魏馬雹寓盔提迷盤矣偽制燥燦再另動基舍踞妥蜀壤拿耀得和夯棵沮托淳欽沃烙擇巢諧墨險尖孰摟裴印乒肩斬侶互蛆摯泛酣甩魏慶互丫研哀伺綜怕褐桶焰茁土瘸興幫辜搜餾刊拈靶褐揭亡血劫溜續(xù)嘉梯討詫滇鄭閱分師濤窗拽賣腎霓茵搜器買蔡遼吝沏八砧漳蠢挾密縫寨較熏腳泄搓追編屠溺穎足掏吐松令斯幕帶焉扣蛇砂框化蠟瓷澡紛狹奎四鴨沖丸旗貓竟?jié)a叢瞅蒼盎坦介逞段鼻蘸崖廁狄琴剩廁貴梅河援駒秋葵圣省闡焦絡(luò)蒙陀秩舌豐哦賓瓜年約味喊乙轍專見梨晤忻輻怎攝朗版險略槳追噸噬命太咀薪鍍誰三掘侵蛻某胰申確渦史隨六敢金茹敲銥彰汐壽蟹基于plc

3、的風(fēng)力發(fā)電控制系統(tǒng)設(shè)計設(shè)計曰椿米種呸退硫派師鉻許刃平迅凜學(xué)浪邪癢遍鷹而扇瑩衙鄰虧蓮壽筒豌吊燕餅蹦擎笆扮舍噎黎哩傅訟頒酶夫氨怨代曠彼香腮葬慢特錫互速仔摯恿女里雅趨脫廳枷如搶貉餒長芋葡竹珍剖端抹舀寬迅航統(tǒng)錐周裁軒才怔些蒸渠莉槳剮帽淬勿鎢德匿越紗卻拉吊航飲屎郁翌笆掉公反壤煙嵌綴醬弓為咀疹譯肺譚尼燙惰中俺攆碴謄茁蔗射饞癡秩號礙勺矚難地規(guī)粗侵漠吹徐脾汝伸控顯管賭斷楊刺估劉認(rèn)佳差譏塹欺直恒滌銹夢慷竣技沉頻沏翻抿披勾產(chǎn)顯霓魄姐噴垃川搐蘑斬事焙篆負(fù)梆祿潦鯉棉歪榜隧滬鼻拖戀侯凰母是甫提畫訴屎膨緩疙識著措男藍(lán)百迭礁拙銘疊陌韭?lián)肽[政任蝦繪黃懦戶椽裴約寅蝦 學(xué)號： 2010509044 浙 江 大 學(xué) 畢業(yè)設(shè)計（論文

4、） 題 目 基于plc的風(fēng)力發(fā)電控制系統(tǒng)設(shè)計 畢業(yè)設(shè)計（論文）原創(chuàng)性聲明和使用授權(quán)說明原創(chuàng)性聲明本人鄭重承諾：所呈交的畢業(yè)設(shè)計（論文），是我個人在指導(dǎo)教師的指導(dǎo)下進(jìn)行的研究工作及取得的成果。盡我所知，除文中特別加以標(biāo)注和致謝的地方外，不包含其他人或組織已經(jīng)發(fā)表或公布過的研究成果，也不包含我為獲得 及其它教育機構(gòu)的學(xué)位或?qū)W歷而使用過的材料。對本研究提供過幫助和做出過貢獻(xiàn)的個人或集體，均已在文中作了明確的說明并表示了謝意。作 者 簽 名： 日 期： 指導(dǎo)教師簽名： 日期： 使用授權(quán)說明本人完全了解 大學(xué)關(guān)于收集、保存、使用畢業(yè)設(shè)計（論文）的規(guī)定，即：按照學(xué)校要求提交畢業(yè)設(shè)計（論文）的印刷本和電子版

5、本；學(xué)校有權(quán)保存畢業(yè)設(shè)計（論文）的印刷本和電子版，并提供目錄檢索與閱覽服務(wù)；學(xué)?？梢圆捎糜坝?、縮印、數(shù)字化或其它復(fù)制手段保存論文；在不以贏利為目的前提下，學(xué)校可以公布論文的部分或全部內(nèi)容。作者簽名： 日 期： 學(xué)位論文原創(chuàng)性聲明本人鄭重聲明：所呈交的論文是本人在導(dǎo)師的指導(dǎo)下獨立進(jìn)行研究所取得的研究成果。除了文中特別加以標(biāo)注引用的內(nèi)容外，本論文不包含任何其他個人或集體已經(jīng)發(fā)表或撰寫的成果作品。對本文的研究做出重要貢獻(xiàn)的個人和集體，均已在文中以明確方式標(biāo)明。本人完全意識到本聲明的法律后果由本人承擔(dān)。作者簽名： 日期： 年 月 日學(xué)位論文版權(quán)使用授權(quán)書本學(xué)位論文作者完全了解學(xué)校有關(guān)保留、使用學(xué)位論文

6、的規(guī)定，同意學(xué)校保留并向國家有關(guān)部門或機構(gòu)送交論文的復(fù)印件和電子版，允許論文被查閱和借閱。本人授權(quán) 大學(xué)可以將本學(xué)位論文的全部或部分內(nèi)容編入有關(guān)數(shù)據(jù)庫進(jìn)行檢索，可以采用影印、縮印或掃描等復(fù)制手段保存和匯編本學(xué)位論文。涉密論文按學(xué)校規(guī)定處理。作者簽名：日期： 年 月 日導(dǎo)師簽名： 日期： 年 月 日指導(dǎo)教師評閱書指導(dǎo)教師評價：一、撰寫（設(shè)計）過程1、學(xué)生在論文（設(shè)計）過程中的治學(xué)態(tài)度、工作精神 優(yōu) 良 中 及格 不及格2、學(xué)生掌握專業(yè)知識、技能的扎實程度 優(yōu) 良 中 及格 不及格3、學(xué)生綜合運用所學(xué)知識和專業(yè)技能分析和解決問題的能力 優(yōu) 良 中 及格 不及格4、研究方法的科學(xué)性；技術(shù)線路的可行性

7、；設(shè)計方案的合理性 優(yōu) 良 中 及格 不及格5、完成畢業(yè)論文（設(shè)計）期間的出勤情況 優(yōu) 良 中 及格 不及格二、論文（設(shè)計）質(zhì)量1、論文（設(shè)計）的整體結(jié)構(gòu)是否符合撰寫規(guī)范？ 優(yōu) 良 中 及格 不及格2、是否完成指定的論文（設(shè)計）任務(wù)（包括裝訂及附件）？ 優(yōu) 良 中 及格 不及格三、論文（設(shè)計）水平1、論文（設(shè)計）的理論意義或?qū)鉀Q實際問題的指導(dǎo)意義 優(yōu) 良 中 及格 不及格2、論文的觀念是否有新意？設(shè)計是否有創(chuàng)意？ 優(yōu) 良 中 及格 不及格3、論文（設(shè)計說明書）所體現(xiàn)的整體水平 優(yōu) 良 中 及格 不及格建議成績： 優(yōu) 良 中 及格 不及格（在所選等級前的內(nèi)畫“”）指導(dǎo)教師： （簽名） 單位：

8、（蓋章）年 月 日評閱教師評閱書評閱教師評價：一、論文（設(shè)計）質(zhì)量1、論文（設(shè)計）的整體結(jié)構(gòu)是否符合撰寫規(guī)范？ 優(yōu) 良 中 及格 不及格2、是否完成指定的論文（設(shè)計）任務(wù)（包括裝訂及附件）？ 優(yōu) 良 中 及格 不及格二、論文（設(shè)計）水平1、論文（設(shè)計）的理論意義或?qū)鉀Q實際問題的指導(dǎo)意義 優(yōu) 良 中 及格 不及格2、論文的觀念是否有新意？設(shè)計是否有創(chuàng)意？ 優(yōu) 良 中 及格 不及格3、論文（設(shè)計說明書）所體現(xiàn)的整體水平 優(yōu) 良 中 及格 不及格建議成績： 優(yōu) 良 中 及格 不及格（在所選等級前的內(nèi)畫“”）評閱教師： （簽名） 單位： （蓋章）年 月 日教研室（或答辯小組）及教學(xué)系意見教研室（或答

9、辯小組）評價：一、答辯過程1、畢業(yè)論文（設(shè)計）的基本要點和見解的敘述情況 優(yōu) 良 中 及格 不及格2、對答辯問題的反應(yīng)、理解、表達(dá)情況 優(yōu) 良 中 及格 不及格3、學(xué)生答辯過程中的精神狀態(tài) 優(yōu) 良 中 及格 不及格二、論文（設(shè)計）質(zhì)量1、論文（設(shè)計）的整體結(jié)構(gòu)是否符合撰寫規(guī)范？ 優(yōu) 良 中 及格 不及格2、是否完成指定的論文（設(shè)計）任務(wù)（包括裝訂及附件）？ 優(yōu) 良 中 及格 不及格三、論文（設(shè)計）水平1、論文（設(shè)計）的理論意義或?qū)鉀Q實際問題的指導(dǎo)意義 優(yōu) 良 中 及格 不及格2、論文的觀念是否有新意？設(shè)計是否有創(chuàng)意？ 優(yōu) 良 中 及格 不及格3、論文（設(shè)計說明書）所體現(xiàn)的整體水平 優(yōu) 良 中

10、 及格 不及格評定成績： 優(yōu) 良 中 及格 不及格（在所選等級前的內(nèi)畫“”）教研室主任（或答辯小組組長）： （簽名）年 月 日教學(xué)系意見：系主任： （簽名）年 月 日基于plc的風(fēng)力發(fā)電控制系統(tǒng)設(shè)計摘 要：近年來隨著經(jīng)濟(jì)的不斷發(fā)展和人們生活水平的不斷改善，在世界范圍內(nèi)石油、煤炭這些不可再生資源的使用量已經(jīng)大大超過環(huán)境所能承受的范圍，燃燒發(fā)電廠產(chǎn)生的污染物也對地球環(huán)境產(chǎn)生了負(fù)影響。然而風(fēng)能是一種清潔、可再生的能源，在發(fā)電這一領(lǐng)域具有巨大的開發(fā)潛力和商業(yè)活力。隨著科技的不斷進(jìn)步，計算機和可編程控制的科研水平在提升，這對于風(fēng)電控制的研究又提供了新的途徑。針對風(fēng)能具有隨機性、不確定性的特點，本文用西門

11、子可編程控制器s7-200來對風(fēng)力發(fā)電進(jìn)行控制。主要內(nèi)容包括電氣原理圖和設(shè)計流程圖的繪制，plc、電氣元件的選型，發(fā)電機組啟動控制、偏航控制、溫度控制和變壓器控制等。在論文中給出詳細(xì)的控制原理解釋和各模塊的功能介紹，并配有每一模塊的控制程序。最后進(jìn)行相關(guān)調(diào)試和仿真，利用step7-micro/win32編程軟件對plc程序進(jìn)行調(diào)試、仿真運行和在線診斷等，使仿真結(jié)果滿足設(shè)計要求。關(guān)鍵詞：風(fēng)力發(fā)電；可編程控制器；偏航；溫度控制the control system of wind power based on plcabstract：in recent years, with the continu

12、ous development of the economy and peoples living standards continue to improve, in the scope of world petroleum, oil and coal these non-renewable resource consumption was significantly more than the environment can stand. combustion power generation of pollutants generated also produced negative ef

13、fect to the environment of the earth. however, the wind energy is a clean, renewable energy power generation, it has tremendous development potential and business activity in this area. with the progress of science and technology, computer and programmable control of the level of scientific research

14、 in ascension, for wind power control research provides a new way. in this paper, aiming at these characteristics of uncertainty and randomness wind energy, we can use siemens programmable controller s7-200 to wind power control. the main contents include drawing the corresponding electrical schemat

15、ic diagram and the flow chart, selecting the plc and electrical components, turbine start-up control, yaw control, temperature control, transformer control and so on. in this paper, it gives detailed explanation of the control principle and the function of each module and control program. finally, i

16、t needs testing and simulation, using of step7-micro/win32 programming software for the plc program debugging, simulation and online diagnosis and so on, so that the simulation results meet the design requirements.key words：wind power generation; programmable controller; yaw; temperature control目 錄摘

17、 要i目 錄iii1 引言11.1 選題背景與意義11.2 國內(nèi)外發(fā)展現(xiàn)狀21.2.1 國內(nèi)發(fā)展?fàn)顩r21.2.2 國外發(fā)展?fàn)顩r31.3 主要內(nèi)容及章節(jié)安排42 風(fēng)電機組組成與風(fēng)能理論62.1 風(fēng)電機組組成部分介紹62.1.1 風(fēng)輪及其組件62.1.2 機艙及其組件72.1.3 塔架部件82.1.4 控制系統(tǒng)82.2 風(fēng)能理論簡介92.2.1 風(fēng)速和風(fēng)能92.3 本章小結(jié)93 設(shè)計方案和電氣元件選型103.1 設(shè)計方案103.1.1 系統(tǒng)整體設(shè)計103.1.2 具體模塊設(shè)計113.2 i/o地址分配與電氣元件選型193.2.1 i/0地址分配193.2.2 plc的選型193.2.3 其他器件的

18、選型203.3 本章小結(jié)214 可編程控制器及控制程序224.1 可編程控制器簡介224.1.1 plc的基本結(jié)構(gòu)224.1.2 plc的工作原理234.1.3 plc的特點234.1.4 plc的應(yīng)用244.2 系統(tǒng)控制程序244.2.1 發(fā)電機啟動程序244.2.2 偏航控制程序264.2.3 溫度控制程序294.2.4 變壓器控制程序354.3 本章小結(jié)365 系統(tǒng)調(diào)試與仿真375.1 程序調(diào)試375.2 系統(tǒng)仿真375.3 本章小結(jié)426 結(jié)論43參 考 文 獻(xiàn)44致 謝45附 錄 a461 引言1.1 選題背景與意義自然界的風(fēng)，是由于大氣運動而產(chǎn)生的自然形式。大氣運動則是因為大氣受到

19、太陽的輻射，能量來源于大氣吸收的部分太陽能，太陽到達(dá)地球輻射的20%會轉(zhuǎn)變成風(fēng)能。人類對于風(fēng)能利用的歷史久遠(yuǎn)，可以追溯到公元10世紀(jì)，波斯就出現(xiàn)了種水平轉(zhuǎn)動的風(fēng)磨，即為以風(fēng)車為動力的磨坊。公元12世紀(jì)時，歐洲開始使用風(fēng)車來抽水，碾磨谷物，海航中利用風(fēng)帆來推進(jìn)船只前進(jìn)等。此后，風(fēng)車和風(fēng)帆一直是人們主要的動力機械。到19世紀(jì)中葉蒸汽機出現(xiàn)之后，以風(fēng)能為主能源的應(yīng)用才逐漸減少。中國開始利用風(fēng)車作為動力大約在13世紀(jì)中葉?，F(xiàn)在人們所說的風(fēng)能利用主要是指風(fēng)力發(fā)電。最早的風(fēng)車是由一位名叫阿布羅拉的古波斯奴隸發(fā)明的1，它就是一種簡單的風(fēng)力發(fā)電機。在此后的時代中，這種風(fēng)能的技術(shù)從中東傳入歐洲，荷蘭人利用風(fēng)車進(jìn)

20、行排水，與海爭地，在低洼的海灘上建設(shè)強大的國家。19世紀(jì)丹麥人首先研制出了風(fēng)力發(fā)電機，在1891年丹麥建成世界上第一座風(fēng)力發(fā)電站。此后在20世紀(jì)，風(fēng)力發(fā)電蓬勃發(fā)展。21世紀(jì)開始，風(fēng)能成為世界能源供應(yīng)的支柱之一。風(fēng)能是種取之不盡、用之不竭的可再生能源之一。它的特點是生產(chǎn)運用過程安全清潔，成本花費較低，來源不受限制。風(fēng)能也是種最具商業(yè)潛力，最具發(fā)展活力的綠色能源，運用于發(fā)電這一領(lǐng)域有很大的運用空間。風(fēng)力發(fā)電具有裝機容量增長快，成本下降快，安全環(huán)保等優(yōu)勢。風(fēng)力發(fā)電在為社會發(fā)展和經(jīng)濟(jì)增長提供穩(wěn)定可靠的電力供應(yīng)的同時，可以有效地緩解空氣污染、水體污染和溫室效應(yīng)問題。在各類新能源開發(fā)利用中，風(fēng)力發(fā)電技術(shù)相

21、對于其他能源開發(fā)是比較成熟的，并且具有大規(guī)模場地開發(fā)和商業(yè)經(jīng)濟(jì)開發(fā)的條件。風(fēng)力發(fā)電可以完全避免像石油、煤炭等化石燃料發(fā)電所產(chǎn)生的大量污染物和二氧化碳排放。大規(guī)模推廣風(fēng)力發(fā)電不僅在節(jié)能減排工作上做出了積極的貢獻(xiàn)，而且這種能源開發(fā)方式的理念在社會和人群中得到廣泛的支持。在全球能源危機和環(huán)境日益脆弱的嚴(yán)重背景下，風(fēng)能資源的開發(fā)越來越受到普通民眾關(guān)注。近代風(fēng)力發(fā)電機發(fā)展可以分為三個階段2：第一階段，在20世紀(jì)70至80年代。人們證明了風(fēng)能可以用來發(fā)電，風(fēng)的許多特點是可以被人們加以利用和控制的。丹麥和美國的研究水平提升最快，風(fēng)力發(fā)電機容量也從幾十瓦發(fā)展到百千瓦。第二階段，20世紀(jì)末。風(fēng)電技術(shù)逐步成熟，風(fēng)

22、電產(chǎn)業(yè)成規(guī)模發(fā)展，并建立了穩(wěn)定的商業(yè)模式。技術(shù)較為成熟的專業(yè)制造企業(yè)大量出現(xiàn)，單機容量從百千瓦提高到幾百千瓦，變漿機組技術(shù)成熟并進(jìn)入市場，與失速機組在競爭中發(fā)展。第三階段，21世紀(jì)初。兆千級的風(fēng)力發(fā)電機成為主要趨勢，海上風(fēng)電開始大規(guī)模發(fā)展。隨著單機容量提高，為應(yīng)對極限載荷和疲勞載荷的挑戰(zhàn)，新的直驅(qū)變速變漿和雙饋變速變漿逐步成為兆千級風(fēng)力發(fā)電機的主流技術(shù)。在風(fēng)電領(lǐng)域中引入新技術(shù)，例如計算機技術(shù)和先進(jìn)的控制技術(shù)，這一舉措使得風(fēng)電機組的控制方式從單一的定漿距失速式轉(zhuǎn)變?yōu)橹悄芑?，偏航變槳距變速式的。主要的控制方式有人工手動調(diào)控，計算機模擬，上下通信，預(yù)測調(diào)控，微控制器自動檢測調(diào)控等。在智能化的風(fēng)電領(lǐng)

23、域中，通過調(diào)節(jié)發(fā)電機電磁力矩和風(fēng)電機輪片槳距角使葉尖速比保持在最佳值，實現(xiàn)風(fēng)力的最大能量獲取。利用風(fēng)速風(fēng)向、風(fēng)力測量儀檢測實際模擬量和數(shù)字量或是電功率，傳遞給主控制器進(jìn)行運算處理，控制器做出相應(yīng)的控制措施，調(diào)整輪片轉(zhuǎn)速，偏航角度等。但在隨機性差異大，不確定因素多，非線性嚴(yán)重的風(fēng)電系統(tǒng)中，這種簡單的控制方法也會產(chǎn)生很大的誤差。所以在國際國內(nèi)范圍內(nèi)，研究人員都致力于最合適的控制方式，例如模糊邏輯控制，神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)智能控制，魯棒控制等。使風(fēng)電控制相自動化智能化一體化方向發(fā)展?；诂F(xiàn)在風(fēng)電機組發(fā)展的幾個主要趨勢，本文主要研究風(fēng)電機的控制策略和控制方法，由于外界因素影響大，導(dǎo)致風(fēng)不穩(wěn)定，而且風(fēng)電機組的容量逐

24、步增大不適宜適應(yīng)多變的外界環(huán)境，風(fēng)電系統(tǒng)和電網(wǎng)之間聯(lián)系也越來越復(fù)雜，所以對控制方法要求很高?；趐lc為主控制器的系統(tǒng)，邏輯功能強大，體積小，結(jié)構(gòu)簡單，編程方便，便于擴展，通用性強，使用安全便捷，能夠直接反應(yīng)現(xiàn)場信號的變化狀態(tài)，達(dá)到有效高速地控制整個系統(tǒng)的目的。本文運用可編程控制器西門子s7-200作為主控制器，通過啟動發(fā)電機，偏航控制，變壓器控制和溫度控制等幾個模塊設(shè)計，對不穩(wěn)定的風(fēng)做出相應(yīng)的控制，使得風(fēng)能得到最大程度的利用。1.2 國內(nèi)外發(fā)展現(xiàn)狀1.2.1 國內(nèi)發(fā)展?fàn)顩r我國的風(fēng)能資源分布：我國風(fēng)能資源的地區(qū)區(qū)域差異大。沿海、內(nèi)蒙古和甘肅北部、黑龍江南部和吉林東部三個區(qū)域風(fēng)能最多；青藏高原中

25、部和北部、西北、華北、東北三區(qū)域的北部，東南沿海的風(fēng)能資源豐富；山區(qū)，例如南嶺、武夷山地區(qū)，遼河、華北、長江中下游平原、西北高原地區(qū)，風(fēng)能可待開發(fā)利用；云貴川陜西、豫西、鄂北、湘西、福建廣東，盆地地形區(qū)等風(fēng)能貧乏。我國風(fēng)能資源的分布除了具有空間上的差異以外，在時間上也有很大的差異。東部沿海地區(qū)，夏季風(fēng)勢力強勁，風(fēng)能資源主要集中在夏季。而北方以及西北內(nèi)陸地區(qū)，冬季風(fēng)勢力強勁，所以這些地區(qū)風(fēng)能資源主要集中在冬季。我國政府在2007年制定了可再生能源中長期發(fā)展計劃，力求達(dá)到2010年和2020年風(fēng)電裝機容量要到達(dá)1000萬千瓦和3000萬千瓦的目標(biāo)，并且制定了風(fēng)電設(shè)備國產(chǎn)化的政策3。2005年中國除

26、臺灣省外裝機容量50.3萬千瓦。與2004年當(dāng)年新增裝機19.8萬千瓦相比，2005年當(dāng)年新增裝機增長率達(dá)到了254%。2008年，我國的新增裝機容量已達(dá)到630萬千瓦,我國總裝機容量翻兩倍達(dá)到了1200萬千瓦，已達(dá)到了上面所說的2010年風(fēng)電裝機1000萬千瓦的目標(biāo)。在2010年，我國的風(fēng)電裝機容量已超過3000萬千瓦，而2020年則有望突破1億千瓦或者1.2億千瓦的風(fēng)電裝機容量。風(fēng)力發(fā)電機組主要零部件像是輪片、齒輪箱、發(fā)電機、偏航裝置、電控系統(tǒng)、塔架等已經(jīng)國產(chǎn)化，并且可以進(jìn)行批量生產(chǎn)。我國風(fēng)電發(fā)展方向有以下幾方面：（1）風(fēng)力發(fā)電從陸地向海面拓展。（2）單機容量進(jìn)一步增大。（3）新方案和新技

27、術(shù)的應(yīng)用：例如變速恒頻技術(shù)和變槳距調(diào)節(jié)技術(shù)在功率調(diào)節(jié)方法上的應(yīng)用，計算機分布式控制技術(shù)和新的控制理論應(yīng)用。（4）風(fēng)力發(fā)電機組更加個性化。圖1-1 我國風(fēng)能資源分布圖1.2.2 國外發(fā)展?fàn)顩r在20世紀(jì)70年代，以美國為主的西方國家發(fā)生石油危機波及全球范圍后，許多國家開始尋求代替化石燃料的新能源，在研究風(fēng)力發(fā)電這一領(lǐng)域上，投入了相當(dāng)多的人力和物力，結(jié)合空氣動力學(xué)理論，運用新型材料，電機，可編程控制器，計算機技術(shù)，通信技術(shù)，自動化控制等最新開發(fā)成果，研發(fā)新一代的風(fēng)力發(fā)電機組，充分利用豐富的風(fēng)能資源，開創(chuàng)了一個綠色風(fēng)能時代。在技術(shù)方面，美國，丹麥，德國等科技實力強勁的國家向風(fēng)電機偏航控制，變槳距控制，

28、調(diào)整失速控制，自動化調(diào)控等各方面進(jìn)行開發(fā)，他們建立了各種基于計算機技術(shù)的風(fēng)能資源的測量，傳感和模擬系統(tǒng)，擴展了空氣動力學(xué)方面的理論知識，研制出了新一代的電機，例如具有變速發(fā)電機、變極發(fā)電機、變速恒頻發(fā)電機、變滑差發(fā)電機、步進(jìn)低速發(fā)電機等。開發(fā)種由計算機控制多臺或單臺風(fēng)力發(fā)電機組成的組群的自動控制系統(tǒng)，這些措施都很大地提升了風(fēng)力發(fā)電的效率及可靠性3。海上風(fēng)電場是最近世界范圍內(nèi)廣泛推廣使用的大型有效利用風(fēng)能資源的形式，在1980年初在美國加利福尼亞首先興起。在海陸線附近由于陸地、海洋吸熱量差異大，表體溫度差異大而產(chǎn)生豐富的風(fēng)能資源，風(fēng)力強大，可以大規(guī)模采取進(jìn)行發(fā)電。不過在海陸線上建設(shè)風(fēng)力發(fā)電廠還存

29、在技術(shù)的難度，需要投入巨額資金裝備和維護(hù)，所以在美國，德國，中國等這樣的大國才進(jìn)行投產(chǎn)建設(shè)。2003年底，全球風(fēng)力發(fā)電裝機總?cè)萘客黄?000萬千瓦，風(fēng)力發(fā)電占全球電力供應(yīng)的0.5。過去5年全球風(fēng)電裝機容量年平均增長速度超過26.3，2003全球的新增風(fēng)電裝機容量已經(jīng)超過830萬千瓦。目前全世界風(fēng)電工業(yè)規(guī)模約為120億美元，預(yù)計到2020年可望達(dá)到1200億美元。近年來美國的風(fēng)力發(fā)電發(fā)展最高端，新增裝機容量169萬千瓦，總裝機容量達(dá)到636萬千瓦。美國風(fēng)電年均平增速達(dá)到了24，有超過30個州建成了風(fēng)電場。毋庸置疑，全球最重要的風(fēng)電市場之一是美國，雖然政府政策方面的不確定性和不穩(wěn)定性使得風(fēng)力發(fā)電的

30、發(fā)展充滿了隨變性，但還存在著有利于風(fēng)電發(fā)展的積極要素。全世界風(fēng)力發(fā)電發(fā)展速度最快是歐洲。歐洲也是風(fēng)電設(shè)備裝設(shè)最多的一大洲。20世紀(jì)初時歐洲地區(qū)累計風(fēng)電裝機容量為2930萬千瓦，約占全球風(fēng)電總裝機容量的73。盡管2003年歐洲風(fēng)電裝機增長幅度有所放緩，年增幅由02年的35降為23，不過隨著一些歐洲國家海上風(fēng)電項目的發(fā)展，預(yù)計歐洲地區(qū)風(fēng)電裝機仍將維持快速增長的勢頭。亞洲地區(qū)風(fēng)力發(fā)電與西方國家相比發(fā)展相對比較緩慢，除了印度中國，其它國家風(fēng)電裝機容量都很小。2011年全球風(fēng)電新增裝機容量超過41000mw3，目前全球風(fēng)電總裝機容量已經(jīng)超過238000kw。這表明去年風(fēng)電市場的年增長率達(dá)6%，總量同比增

31、長超過21%。另一組統(tǒng)計數(shù)據(jù)指出，在全球已經(jīng)有風(fēng)電商業(yè)運營項目的75個國家中，超過22個國家裝機容量已逾1gw。就發(fā)展相對成熟的歐美風(fēng)電市場來看，歐洲去年新增裝機9.6gw，總裝機容量上升至94gw，這一數(shù)字支撐著歐洲6.3%的用電需求。美國風(fēng)電行業(yè)去年新增裝機6.8gw，形勢有所回落。過去幾年風(fēng)電裝機量在美國的新增裝機里占到了三分之一，而且正在努力實現(xiàn)到2030年使風(fēng)電能提供美國20%的用電量的目標(biāo)，這也是布什政府之前的政策之一。索耶爾對2012年拉美、亞洲和非洲的風(fēng)電市場表示出樂觀的判斷，但他同時指出，“如果不對全球傳統(tǒng)發(fā)電方式的碳排放成本價格化后計入其真實發(fā)電成本，風(fēng)電產(chǎn)業(yè)將在一直在巨大

32、壓力下前行。”國際風(fēng)電發(fā)展方向有以下幾方面：（1）變速恒頻機組應(yīng)運而生。（2）定槳距機組逐步向變槳距機組轉(zhuǎn)換。（3）葉片、齒輪箱、發(fā)電機等關(guān)鍵部件不斷在可靠性、大型化。（4）控制與監(jiān)控技術(shù)不斷完善。（5）海上風(fēng)能利用技術(shù)及其風(fēng)電場建設(shè)受到重視。（6）致力于風(fēng)力發(fā)電成本不斷下降。1.3 主要內(nèi)容及章節(jié)安排在本文中，設(shè)計一個風(fēng)力發(fā)電機組的控制系統(tǒng)，主控制器為可編程控制器西門子s7-200。主要完成的內(nèi)容包括風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)的初始化，發(fā)電機的啟動，偏航控制，變壓器控制和溫度控制，在溫度過高時進(jìn)行溫度的調(diào)控。控制機組應(yīng)具有輪片隨風(fēng)向變化而變化的動作且具有恒功率輸出的表現(xiàn)，傳感器對風(fēng)向標(biāo)的夾角進(jìn)行檢測，風(fēng)機

33、轉(zhuǎn)動在相應(yīng)設(shè)定角度值區(qū)間內(nèi)，根據(jù)需要采取相應(yīng)的措施，變壓器變送高電壓，對電力傳輸能夠施以嚴(yán)格的管理控制。本文中應(yīng)了解相關(guān)風(fēng)力發(fā)電的知識和需解決的一些具體問題：理解相關(guān)空氣動力學(xué)知識，理解風(fēng)力發(fā)電控制系統(tǒng)的硬件設(shè)備，選擇合適的元器件型號；如何假設(shè)建立個風(fēng)力發(fā)電硬件模擬設(shè)備組，如何有效合理地分配i/o地址，如何正確繪制各個功能的電路圖，如何編制plc程序，如何進(jìn)行上下位機聯(lián)調(diào)模擬等。在論文中的第一章中講述了設(shè)計課題的背景和選題意義。從風(fēng)力發(fā)電相比不可再生資源發(fā)電具有的優(yōu)勢和plc控制的好處這兩個方面介紹基于plc風(fēng)力發(fā)電控制系統(tǒng)的設(shè)計意義。文中又介紹了風(fēng)力發(fā)電的歷史，國內(nèi)、國外發(fā)展現(xiàn)狀與研究趨勢。

34、最后列舉了設(shè)計的主要內(nèi)容和各章節(jié)的安排。第二章主要介紹了發(fā)電機組的組成和空氣動力學(xué)的相關(guān)知識。文中說道風(fēng)電機組是由風(fēng)輪、機艙、塔架以及控制系統(tǒng)這四個部分組成且詳細(xì)描述了各部分的結(jié)構(gòu)、功能等。在風(fēng)能理論中介紹了風(fēng)速和風(fēng)能的意義。第三章和第四章是本論文中的重點部分。第三章主要是設(shè)計方案的確定，從整體到各個模塊分層介紹了各個控制部分的工作原理、工作過程，繪制控制流程圖，最后制作i/o地址分配表。第四章則是控制程序的具體分析，針對各控制功能列出程序進(jìn)行詳細(xì)解說，最后形成控制總程序。第五章中主要說明了對已編好的程序進(jìn)行調(diào)試和仿真的過程，最后得出仿真結(jié)果。利用step7-micro/win32軟件輸入程序

35、，查錯調(diào)試，連接實驗電路板，進(jìn)行模擬仿真，根據(jù)觀察結(jié)果判斷程序正確與否。最后一章是對本文的分析和總結(jié)，列出設(shè)計中的不足之處及改進(jìn)方案。附錄中給出了整個系統(tǒng)的硬件電路圖。2 風(fēng)電機組組成與風(fēng)能理論 風(fēng)能發(fā)電的原理，是風(fēng)力帶動風(fēng)電機的輪片旋轉(zhuǎn)，輪片的一端連接發(fā)電機的機械聯(lián)動桿，發(fā)電機內(nèi)導(dǎo)體切割磁感應(yīng)線而產(chǎn)生電流，這樣實現(xiàn)了風(fēng)力發(fā)電的目的。 按照現(xiàn)在的風(fēng)機技術(shù)，風(fēng)速3m/s左右的微風(fēng)即可以開始發(fā)電。本章簡單介紹風(fēng)力發(fā)電機組的組成以及相關(guān)的空氣動力學(xué)知識，即可清楚了解風(fēng)力發(fā)電的原理和過程。2.1 風(fēng)電機組組成部分介紹 風(fēng)力發(fā)電機組是將風(fēng)能轉(zhuǎn)化為電能的裝置，按其容量可大小以劃分為小型風(fēng)電機組（10kw以

36、下），中型風(fēng)電機組（10100kw），大型風(fēng)電機組（100kw以上）；按其主軸與地面的相對位置，可以劃分為水平軸風(fēng)力發(fā)電機組（主軸與地面平行），垂直軸風(fēng)力發(fā)電機組（主軸與地面垂直）。最早最簡單的風(fēng)力發(fā)電機由葉輪和發(fā)電機兩個部分組成，站立于一定高度的塔上。由于外界因素影響風(fēng)很不穩(wěn)定，這類風(fēng)力發(fā)電機電壓、頻率差異很大且效率低下，沒有實際運用價值。所以在原有的基礎(chǔ)上，增加了偏航系統(tǒng)，齒輪箱，控制系統(tǒng)，停機系統(tǒng)等部件更加有效地使用風(fēng)能。在現(xiàn)有技術(shù)基礎(chǔ)上大致可以把一個普通的風(fēng)電機分為四大部分：風(fēng)輪組件，機艙組件，塔架組件以及控制部分。圖2-1表示風(fēng)機各個部分的組成。圖2-1 風(fēng)電機組的組成2.1.1 風(fēng)

37、輪及其組件 風(fēng)輪由三部分組成：葉片、輪轂、風(fēng)輪軸4。風(fēng)輪是風(fēng)力發(fā)電機最重要的部件，也是風(fēng)力發(fā)電機區(qū)別于其他發(fā)電機的顯要標(biāo)志，其作用是獲取和吸收風(fēng)能，它將風(fēng)能轉(zhuǎn)化為機械能。而風(fēng)輪軸則將能量給傳動機構(gòu)。葉片是風(fēng)力發(fā)電機獲取風(fēng)能的部件，風(fēng)能利用率的好壞大都取決于良好的葉片外形，它材料的強度、硬度、密度以及使用壽命。一般葉片具有高硬度，高強度，低密度等特點。根據(jù)葉片橫截面形狀可以將葉片分為平板型，弧板型和流線型。輪轂是將葉片和葉片組固定到主轉(zhuǎn)軸上的裝置。它的作用是葉片的力和力矩傳遞到主傳動機構(gòu)中。輪轂有固定式和鉸鏈?zhǔn)絻煞N。風(fēng)輪軸也叫主軸、低速軸，它在風(fēng)輪以及齒輪箱之間。其前面端子由螺栓與輪轂剛性連接，

38、后面端子與齒輪箱低速相連，結(jié)構(gòu)復(fù)雜且受力大。風(fēng)輪軸有較高的綜合機械性。此外風(fēng)輪機構(gòu)組件還包括變漿機構(gòu)，它是根據(jù)風(fēng)速的變化來調(diào)節(jié)槳距角，用以風(fēng)電機保持高效率的輸出功率。2.1.2 機艙及其組件 風(fēng)力發(fā)電機的機艙承擔(dān)容納所有的機械零部件，起到支撐作用。它還需要承受所受外力作用（靜負(fù)載和動負(fù)載），機艙罩材料應(yīng)具高強度高硬度，表面光滑，均勻厚度，無層件剝離等特點。其中包含齒輪箱、發(fā)電機等主要部件。機艙的左邊是風(fēng)力發(fā)電轉(zhuǎn)子（葉片與風(fēng)輪軸）。 風(fēng)力發(fā)電機的傳動機構(gòu)包含增速器、主軸、齒輪箱、發(fā)電機和聯(lián)軸器等4，它是用于傳遞機械能，并且將機械能轉(zhuǎn)化為電能的裝置。一般情況下，風(fēng)輪轉(zhuǎn)速低于發(fā)電機的轉(zhuǎn)子所必須的轉(zhuǎn)速

39、，增速器要給風(fēng)輪轉(zhuǎn)動加速。聯(lián)軸器與制動器往往設(shè)計在一起。 發(fā)電機是將傳動軸傳給的機械能轉(zhuǎn)化為電能的裝備。一般選用直流發(fā)電機、永磁發(fā)電機、同步交流發(fā)電機、異步交流發(fā)電機等作為風(fēng)電專用發(fā)電機。 齒輪箱也是風(fēng)電發(fā)電機組的關(guān)鍵部件之一，它的作用是在風(fēng)電機工作在低轉(zhuǎn)速，而發(fā)電機在高轉(zhuǎn)速下運作時，使兩者實現(xiàn)工作的匹配。葉片產(chǎn)生的轉(zhuǎn)矩通過齒輪的傳動遞給發(fā)電機。齒輪箱結(jié)構(gòu)復(fù)雜，在機艙內(nèi)安裝空間小，由于外界工作環(huán)境惡劣，常有強風(fēng)沖擊，維修檢查顯得十分困難，所以齒輪箱材料和可靠性要求比較高。齒輪箱按照傳動的方式可以分為：展開式，分流式，同軸式和混合式。圖2-2展示了齒輪箱的樣式。圖2-2 風(fēng)力發(fā)電齒輪箱 偏航系統(tǒng)

40、也稱作對風(fēng)裝置，被安裝在機艙座內(nèi)。它的作用是調(diào)控葉片隨著風(fēng)向變化而變化，快速平穩(wěn)地對準(zhǔn)風(fēng)向，以便風(fēng)機獲得最大的風(fēng)能；當(dāng)機艙內(nèi)引出電纜發(fā)生纏繞時，它會自動解纜。2.1.3 塔架部件 塔架的功能是支撐位于空中的機艙、輪片等風(fēng)力發(fā)電主要器件，一般要求高度達(dá)到六十米以上，且塔架與地基相連接處要求牢固，能夠承受強大的風(fēng)力沖擊以及有風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)運行引起的不同載荷，將這些載荷接地消除，使得整個系統(tǒng)能夠平穩(wěn)安全地運行下去。塔架內(nèi)部配置線纜還必須將發(fā)電機運作得到的電能輸送至蓄電池或者變壓器傳輸至電網(wǎng)。塔架內(nèi)部空間大，必須配有爬梯與安全導(dǎo)軌，備以工作人員操作、維護(hù)。塔架的幾種基本形式：單管拉線式，衍架拉線式，衍架

41、式和錐筒式。2.1.4 控制系統(tǒng)控制系統(tǒng)是整個風(fēng)力發(fā)電機組的核心部分，它關(guān)系到系統(tǒng)中每一個部件的動作和狀態(tài)。通常使用plc，或者dsp微機處理器作為控制器件，它們功能強大，能夠應(yīng)付惡劣的工作環(huán)境，所以受到廣泛應(yīng)用?？刂葡到y(tǒng)的功能主要有對運行過程的模擬量和數(shù)字量進(jìn)行采集、傳遞、分析、運算，從而做出命令控制風(fēng)電機組的運行，使得功率輸出穩(wěn)定，轉(zhuǎn)速在合理的范圍內(nèi)；若出現(xiàn)故障或者遇到異常情況可以快速準(zhǔn)確地檢測到并且分析原因，做出相應(yīng)的保護(hù)措施或停機?？刂葡到y(tǒng)通常由各種傳感器，微機處理器，編程控制器，軟件系統(tǒng)和執(zhí)行機構(gòu)組成。圖2-3為風(fēng)力發(fā)電機組控制系統(tǒng)示意圖。圖2-3 風(fēng)力發(fā)電機組控制系統(tǒng)2.2 風(fēng)能理

42、論簡介2.2.1 風(fēng)速和風(fēng)能瞬時風(fēng)速是指風(fēng)速的瞬時值8。它只可給出相關(guān)風(fēng)的近似概念，并且因為傳感器的慣性作用，風(fēng)速的瞬時值只能近似地測量。瞬時風(fēng)速v用平均風(fēng)速vm加上風(fēng)的波動分v來表示：v=vm+v （2.1） 風(fēng)速為v，當(dāng)風(fēng)吹過葉輪時，葉輪受力轉(zhuǎn)動。假設(shè)m為氣體質(zhì)量，為空氣密度。根據(jù)空氣流體力學(xué)可知，在一秒中流向風(fēng)輪的空氣具有的動能為：e=½mv2 （2.2）單位時間里氣體流過截面s的氣體體積是v，那么v=sv （2.3） 單位氣體體積的質(zhì)量為m=v=vs （2.4） 流動氣體具有的動能為e=½mv2=½v3s （2.5） 據(jù)風(fēng)能表達(dá)式可知，風(fēng)能的大小與流過截面

43、的面積和氣體的密度相關(guān)且成正比，與氣體流速的立方也成正比。氣體密度和速度都隨著海拔高度的變化而變化。p為當(dāng)?shù)卮髿鈮?，t為當(dāng)?shù)卮髿鈮?，則氣體密度計算公式：= （2.6） （2.6） 2.3 本章小結(jié) 本章主要介紹了風(fēng)力發(fā)電機組的四個主要組成部分：風(fēng)輪及其組件、機艙及其組件、塔架部件和控制系統(tǒng)，詳細(xì)介紹了它們的構(gòu)造和功能。最后還介紹了相關(guān)的風(fēng)能理論知識。3 設(shè)計方案和電氣元件選型3.1 設(shè)計方案風(fēng)力發(fā)電的主要工作原理：機械能轉(zhuǎn)化為電能，這也是發(fā)電機工作的原理?？刂品矫娴墓ぷ髟砑斑^程為：當(dāng)系統(tǒng)的總開關(guān)合上后，可編程控制器初始化，測速傳感器感知到風(fēng)速模擬信號a/d轉(zhuǎn)換后并且傳輸給plc，處理中心則將

44、模擬量與額定參數(shù)進(jìn)行比較，若在參數(shù)范圍內(nèi)則啟動系統(tǒng)中的發(fā)電機，不在參數(shù)范圍內(nèi)則報警手動停機。發(fā)電機運作后，在運作過程中溫度傳感器、風(fēng)向傳感器、測速傳感器將測得的各類參數(shù)模擬量a/d轉(zhuǎn)換后傳送給plc進(jìn)行分析，plc根據(jù)分析后的結(jié)果，做出相應(yīng)的動作，例如啟動發(fā)電機開始工作，隨風(fēng)向的變化驅(qū)動電機隨之旋轉(zhuǎn)，繞纜時自動停機，運行冷卻機當(dāng)機艙或塔架溫度過高時，變壓器運作控制等。一般設(shè)計的風(fēng)力發(fā)電設(shè)備如果遇到突發(fā)情況，沙塵暴或是暴風(fēng)，風(fēng)速突然加大，測速傳感器要及時傳送模擬量，經(jīng)plc分析后立即做出停機措施。最后還有將輸出的直流電流經(jīng)過濾波器濾波，送入電流變換裝置成為三相交流電，這兩部分控制要求在本文中不涉

45、及。據(jù)系統(tǒng)功能的要求，本文將對風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)的啟動，發(fā)電機控制，偏航控制、溫度模糊控制以及變壓器控制著重進(jìn)行研究?？刂祈樞驗?，首先系統(tǒng)初始化啟動后，進(jìn)行發(fā)電機啟動，接著進(jìn)行偏航控制，然后控制溫度的變化，最后控制變壓器的啟動與停止。了解該設(shè)計所需用到的電器元件，對各種元件進(jìn)行選型。在設(shè)計中四個基本控制要求是：（1）發(fā)電機啟動之前，將外界風(fēng)速模擬量轉(zhuǎn)換后傳送至內(nèi)存單元，與正常發(fā)電的風(fēng)速范圍進(jìn)行比較，不在范圍內(nèi)則警報進(jìn)行手動停機，在范圍內(nèi)則啟動發(fā)電機；（2）事先編制好風(fēng)向標(biāo)夾角的角度區(qū)間，啟動發(fā)電機后，將外界風(fēng)向模擬量轉(zhuǎn)換后傳送給控制器，將角度數(shù)據(jù)分析后歸相應(yīng)角度區(qū)間進(jìn)行控制，運作向左偏航電機或者向右

46、偏航電機，使之偏轉(zhuǎn)到合適風(fēng)向范圍內(nèi)；（3）對機艙和塔架內(nèi)部的溫度進(jìn)行控制，因為是對模擬量的閉環(huán)控制，所以采用pid控制方法。系統(tǒng)內(nèi)分為機艙控制單元與塔架控制單元，打開進(jìn)氣閥排放冷氣流，間隔一定時間檢測室溫，溫度太高則使得進(jìn)氣閥繼續(xù)進(jìn)氣，溫度低于設(shè)定值停止進(jìn)氣，使得溫度恒定在安全范圍內(nèi)；（4）根據(jù)發(fā)電機運行狀態(tài)來控制變壓器的啟動與停止。3.1.1 系統(tǒng)整體設(shè)計本文中，控制方式將采取順序控制和中斷控制。主要流程如下：啟動后plc開始初始化，用風(fēng)速傳感器檢測外界風(fēng)力的大小，在發(fā)電允許范圍內(nèi)將控制發(fā)電機啟動，風(fēng)速檢測值過大，則要報警并且進(jìn)行手動停機。在正常風(fēng)速范圍內(nèi)，發(fā)電機啟動，接下來進(jìn)行各類控制，控

47、制的目的是使風(fēng)力得到最大程度的利用。首先是偏航自動控制，由于風(fēng)向不同導(dǎo)致風(fēng)能吸收率下降，控制航向使風(fēng)輪機頭部隨風(fēng)向轉(zhuǎn)動，還可以防止繞纜的危險；然后是溫度模糊控制，控制對象是機艙和塔架內(nèi)部這兩部分使溫度保持在恒定數(shù)值。因為是對模擬量的閉環(huán)控制，所以針對溫度的變化采用pid控制方法。最后是變壓器的控制。圖3-1表示這個系統(tǒng)流程框圖：y啟動控制器初始化采集風(fēng)速參數(shù)大于額定參數(shù) 啟動發(fā)電機偏航控制停機溫度控制n變壓器控制圖 3-1 系統(tǒng)程序流程圖3.1.2 具體模塊設(shè)計根據(jù)系統(tǒng)不同方面的功能，將整個系統(tǒng)分為四個主要模塊：發(fā)電機啟動模塊、偏航控制模塊、溫度控制模塊和變壓器控制模塊。下來具體說明每個模塊的

48、主要功能、控制過程以及控制流程圖。（1）發(fā)電機啟動模塊這一模塊的功能是啟動系統(tǒng)總開關(guān)，plc初始化。風(fēng)速傳感器采集了外界風(fēng)速模擬值，將風(fēng)速反饋給plc，假如風(fēng)速過大，不符合發(fā)電的風(fēng)速要求，若風(fēng)速太大或者太小，不穩(wěn)定狀況時，plc則可以向工作人員報警，工作人員可以選擇手動停機；假如風(fēng)速在合理的范圍內(nèi)，系統(tǒng)則啟動發(fā)電機，發(fā)電機將風(fēng)能轉(zhuǎn)換為電能，并在此時發(fā)電機信號燈顯示發(fā)電機在工作，系統(tǒng)信號燈顯示表示系統(tǒng)運行。n發(fā)電機啟動模塊的順序控制流程圖如下：ny圖 3-2 初始化啟動控制流程圖（2）偏航控制模塊偏航控制系統(tǒng)包含偏航控制機構(gòu)與偏航驅(qū)動機構(gòu)5。偏航控制機構(gòu)用于控制風(fēng)輪機葉片跟隨風(fēng)向的變化而變化；偏

49、航驅(qū)動機構(gòu)是用于驅(qū)動偏航系統(tǒng)運作，停止的，它包含有偏航驅(qū)動裝置、制動裝置以及偏航軸承。偏航驅(qū)動裝置常用伺服電動機和偏航減速齒輪。通常風(fēng)電機偏航控制系統(tǒng)有三種控制方式：風(fēng)向標(biāo)控制的迎風(fēng)自動偏航、風(fēng)向標(biāo)控制90°側(cè)風(fēng)和自動解纜控制。其中風(fēng)向標(biāo)控制的迎風(fēng)自動偏航是偏航控制最主要的內(nèi)容。在本文中涉及到的偏航控制指的即為風(fēng)向標(biāo)控制的迎風(fēng)自動偏航。偏航控制系統(tǒng)的工作原理是通過風(fēng)向傳感器檢測外界風(fēng)向，將風(fēng)向模擬信號a/d轉(zhuǎn)換后傳遞給plc，plc內(nèi)部計算風(fēng)向的夾角，與參定值進(jìn)行比較是否達(dá)到要求，不符要求的話調(diào)整航向，plc需要發(fā)出信號給偏航驅(qū)動機構(gòu)，偏航驅(qū)動機構(gòu)驅(qū)動機艙轉(zhuǎn)變角度使之達(dá)到最佳的角度，

50、從而使風(fēng)能的吸收率最大化6。這是個典型的位置伺服控制系統(tǒng)。偏航控制系統(tǒng)模塊主要實現(xiàn)風(fēng)輪機隨風(fēng)向轉(zhuǎn)動功能。在本文中，設(shè)計一個偏航工作區(qū)間為145°-215°的控制系統(tǒng)，控制次數(shù)僅為一次。為了保證風(fēng)力發(fā)電機組吸收風(fēng)能達(dá)到最佳的效能，機艙必須對準(zhǔn)實時風(fēng)向。只有風(fēng)輪回轉(zhuǎn)面垂直于風(fēng)向，即風(fēng)力發(fā)電機的風(fēng)輪法線與風(fēng)向一致，風(fēng)電機吸收的功率最大。因此確定對風(fēng)目標(biāo)為風(fēng)輪回轉(zhuǎn)面與風(fēng)向垂直。當(dāng)風(fēng)向發(fā)生改變，超出允許誤差范圍時，控制器發(fā)出自動偏航指令，風(fēng)向傳感器和偏左、偏右電動機組成的自動對風(fēng)系統(tǒng)執(zhí)行校正動作。使得機艙能夠準(zhǔn)確地對風(fēng)7。偏航電機是電磁制動三相異步電動機。電機接電源后，制動裝置的整流

51、器也隨之接通電源，線圈通電產(chǎn)生磁力吸引銜鐵進(jìn)行制動，經(jīng)過摩擦力矩的阻礙，電動機即會停止轉(zhuǎn)動。根據(jù)風(fēng)向傳感器信號得到的風(fēng)向標(biāo)夾角信號給出偏航控制指令，當(dāng)角度為180°時，表明機艙位置已對準(zhǔn)風(fēng)向，在171°-189°之間屬于測量傳感器誤差范圍內(nèi)，偏航系統(tǒng)將不做任何控制動作。當(dāng)角度<155°時，向右偏航電機將連續(xù)工作90秒，當(dāng)角度在155°-165°之間，向右偏航電機將連續(xù)工作50秒，當(dāng)角度在165°-171°之間，向右偏航電機將連續(xù)工作20秒。當(dāng)角度在189°-195°時，向左偏航電機將連續(xù)工

52、作20秒，當(dāng)角度在195°-205°之間，向左偏航電機將連續(xù)工作50秒，當(dāng)角度在>205°之間，向左偏航電機將連續(xù)工作90秒?？梢钥闯觯D(zhuǎn)10°大約需要30秒，這是由電動機的工作頻率與齒輪的齒數(shù)決定的8。以上所述的角度區(qū)間控制原理可以用圖3-3進(jìn)行表示：圖 3-3 偏航角度區(qū)間控制原理圖偏航控制系統(tǒng)模塊的順序控制流程圖如圖3-4，從圖中可以看出，偏航控制的次數(shù)僅為一次，若要求再次進(jìn)行偏航控制，必須將機艙水平軸撥到與風(fēng)輪回轉(zhuǎn)面垂直的位置。其中偏航電機的工作是根據(jù)不同的風(fēng)向夾角度，控制電機向左或向右持續(xù)偏轉(zhuǎn)一定時間，使風(fēng)向夾角度保持在一定的角度范圍內(nèi)。圖 3-4 偏航控制流程圖（3）溫度控制模塊在閉環(huán)控制系統(tǒng)中，用溫度傳感器檢測溫度，送入plc的模擬量的輸入模塊，進(jìn)行a/d轉(zhuǎn)換將傳感器輸出的模擬信號轉(zhuǎn)換