【正文】 基于PCS7變槳距風力發(fā)電機組偏航控制系統(tǒng)設(shè)計畢業(yè)論文目 錄1 緒論 1 1 2 2 4 我國風力發(fā)電的前景與展望 4 本章小結(jié) 52 風力發(fā)電機組系統(tǒng)構(gòu)成及功能簡介 6 風力發(fā)電的原理 6 6 7 現(xiàn)代風力發(fā)電的原理 7 8 8 9 10 11 偏航系統(tǒng) 12 解鎖裝置 12 12 13 風力發(fā)電機組的控制技術(shù) 13 13 14 153 風力發(fā)電機組偏航控制策略 16 16 16 17 17 17 17 18 19 90度側(cè)風控制 20 21 自動解鎖 21 21 22 22 輸入輸出變量的模糊化 22 24 26 仿真結(jié)果與分析 27 本章小結(jié) 284 系統(tǒng)研制開發(fā)平臺 29 29 風力發(fā)電偏航控制組態(tài)仿真平臺設(shè)計 29 29 監(jiān)控系統(tǒng)的設(shè)計和功能實現(xiàn) 30 step7軟件的介紹 30 PLC簡介 31 本章小結(jié) 315 風力發(fā)電機組偏航控制系統(tǒng)設(shè)計 32 32 33 33 33 34 34 人工偏航流程圖 35 自動解纜流程圖 35 36 36 38 38 41 44 466畢業(yè)設(shè)計總結(jié) 47參考文獻： 48外文論文 49中文譯文 57致 謝 67中國礦業(yè)大學(xué)2014屆本科生畢業(yè)設(shè)計 第68頁1 緒論當今社會，能源已經(jīng)成為人來賴以生存的重要物質(zhì)基礎(chǔ)，但是隨著能源的開采和利用，造成了嚴重的資源枯竭和環(huán)境的破壞?；茉吹倪^度消耗，煤炭、石油、天然氣等能源的缺乏，嚴重制約了當今社會的經(jīng)濟發(fā)展。常規(guī)能源的日益枯竭，迫切的需要開發(fā)新的能源。人類為了保護生態(tài)環(huán)境，節(jié)約資源。正在努力的尋找可再生、環(huán)保、潔凈的能源，對于緩解能源匱乏有著十分重要的意義。目前來看，風能是最具有大規(guī)模開發(fā)利用前景的新能源。當今世界的科技發(fā)展日新月異，風力發(fā)電的技術(shù)已經(jīng)相當?shù)某墒臁５悄壳皝砜?，現(xiàn)代風力發(fā)電技術(shù)任然有一些不足之處，還面臨著一些技術(shù)挑戰(zhàn)，包括怎樣提高風力發(fā)電的可靠性以及如何進一步提高風力發(fā)電的效率。另外還需要考慮的就是如何降低成本。風能是目前最具有開發(fā)價值和開發(fā)規(guī)模的清潔能源，它有著廣闊的前景，因此開發(fā)風能也受到了全世界的普遍重視。風 力資源是取之不盡，用之不竭的，風力資源相當?shù)呢S富，有很好的開發(fā)前景。另外，風能還是一種清潔環(huán)保能源。風能的一大優(yōu)點就是它不會像煤電、核電那樣會對環(huán)境造成污染。隨著發(fā)電技術(shù)的日趨成熟以及發(fā)電設(shè)備產(chǎn)品的質(zhì)量可靠，目前風力發(fā)電對風能利用率能達到95%以上。風力發(fā)電的經(jīng)濟性也日益提高，從發(fā)電成本來看，隨著風力發(fā)電技術(shù)的進步，未來風電的成本肯定要低于煤電和核電。另外風力發(fā)電場的建設(shè)工期比較短，比火電站、水電站、核電站都要短。并且機組安裝方便，容易操作。風力發(fā)電具有眾多的優(yōu)點，使得風力發(fā)電領(lǐng)域快速發(fā)展，風電行業(yè)已經(jīng)成為了一個巨大規(guī)模的產(chǎn)業(yè)，還能帶動其他行業(yè)的發(fā)展，促進了國民經(jīng)濟的發(fā)展。所以說在未來能源行業(yè)這一塊，風力發(fā)電的前景非常良好。 綠色和平組織和歐洲風能協(xié)會在2002年提出了《風力12》報告， 預(yù)計到2020年，世界風力發(fā)電總量將會達到世界電力總需求量的12%，屆時，風電將僅次于火電和水電的電量占有比例。目前我國各地也在如火如荼的開發(fā)風力發(fā)電。我國電力發(fā)展“十一五”發(fā)展綱要中也明確指出了，到“十二五”末期，我國的風力發(fā)電總量將達到世界風力發(fā)電總量的14%左右。隨著能源的緊缺，煤電、水電發(fā)電的成本變高。風力發(fā)電的經(jīng)濟性、實用性等優(yōu)勢也必將顯 現(xiàn)出來。風力發(fā)電機可分為變槳距風力發(fā)電機和定槳距風力發(fā)電機。目前變槳距風力發(fā)電機從市場占有率以及生產(chǎn)運行的效果來看，都要明顯優(yōu)于定槳距發(fā)電機。變槳距風力發(fā)電機可以通過調(diào)節(jié)槳葉節(jié)距，改變風輪葉片的攻角。改變空氣對葉片的轉(zhuǎn)矩，從而保持風力發(fā)電機功率輸出穩(wěn)定。本文研究的是變槳距風風力發(fā)電機組偏航控制系統(tǒng)，變槳距風力機相比定槳距有很多突出的優(yōu)勢。變槳距控制改變了槳葉葉片節(jié)距角，改變迎風面積，這樣可以盡可能多的捕獲風能，大大提高了風能的利用率，可以獲得最大輸出功率。關(guān)于變槳距風力發(fā)電技術(shù)是未來風力發(fā)電研究的一個趨勢。變槳距風力發(fā)電機也將會成為未來風力發(fā)電市場上的絕對主流。風力發(fā)電為人類社會經(jīng)濟發(fā)展提供了能源支撐，風力發(fā)電電技術(shù)的發(fā)展也推動了科學(xué)技術(shù)的發(fā)展。研究風力發(fā)電技術(shù)不僅能夠帶來經(jīng)濟效益，還能帶來良好的社會效益。更重要的是開發(fā)利用這種清潔能源有利于對生態(tài)環(huán)境的保護。風能轉(zhuǎn)化成電能的過程中，風能推動槳葉轉(zhuǎn)動發(fā)電，沒有給大氣造成任何污染。只降低了氣流的速度，風力發(fā)電的發(fā)展，能夠減少常規(guī)能源的排放，從而減少了二氧化碳和二氧化硫的排放，對環(huán)境保護和生態(tài)平衡以及改善能源結(jié)構(gòu)有著重要的意義。因此開發(fā)可再生能源，尤其是風能，將變得更為重要。風力發(fā)電的前景十分可觀?！? 自20世紀70年代以來，風能開發(fā)和利用在歐美發(fā)達國家發(fā)展非常迅速，風力發(fā)電技術(shù)也日趨成熟。風力發(fā)電為這些發(fā)達國家的經(jīng)濟發(fā)展提供了能源供給。在進入21世紀以后，煤電，石油發(fā)電消耗了大量的不可再生資源。資源的枯竭，給人類社會的發(fā)展提出了嚴峻的挑戰(zhàn)，人類開始探索包括風能在內(nèi)的新能源。目前，世界風能發(fā)電廠以每年30%的增長速度不斷發(fā)展。不少歐洲發(fā)達國家都將風電定為優(yōu)先發(fā)展級別，尤其在英國、丹麥、德國等西歐國家更加重視風能的開發(fā)利用。 丹麥靠近北海,是多風之國，風力發(fā)電的研究與應(yīng)用始于丹麥人的大膽探索。19 世界末期，丹麥人成功研制了,世界上第一臺風力發(fā)電機，并建成了世界上第一個風力發(fā)電站，所以可以說丹麥人為人類在尋找新能源上作了一個模范與榜樣。進入21世紀，風電大國丹麥的風電規(guī)模一直位于世界前幾名。目前，德國是世界風力發(fā)電規(guī)模最大的國家，其風力發(fā)電的裝機容量已達3000 Mw。德國的風機制造能力強、水平高，全球10大風機制造商中，德國占有2家。另外，西班牙，印度，意大利，日本等國風力發(fā)電的規(guī)模也都位于世界前列。德國的風電產(chǎn)業(yè)也相當?shù)陌l(fā)達，帶動了德國經(jīng)濟的發(fā)展。 1999年10月5日，國際能源研究報告指出：到2020年，風能可為世界電力提供10%，增加170萬個就業(yè)機會，并在全球范圍內(nèi)減少100多億噸二氧化碳廢氣的排放。風電技術(shù)經(jīng)過20年的研究日益成熟，風電的成本從20美分/kWh持續(xù)下降到3美分/kWh，商業(yè)化機組的單機容量從55kW增加到6000kW，運行可靠性的發(fā)電成本接近于常規(guī)火電，迅速發(fā)展為初具規(guī)模的新興產(chǎn)業(yè)。 根據(jù)全國風能理事會（GWEC）發(fā)布的全球風電市場裝機數(shù)據(jù)，2011年，全球新增風電裝機達到237669MW。這一數(shù)據(jù)表明全球累計裝機實現(xiàn)了21%的年增長，新裝數(shù)據(jù)達到6%。到目前為止，全球75個過國家有商業(yè)運營的風電裝機，其中22個國家的裝機容量超過1000MW。預(yù)計到2014年底,全球累計安裝量達235000 MW,%。 我國現(xiàn)代風力發(fā)電事業(yè)起始于上世紀70年代。到1998年底，全國已建成了20個風電場，總裝機容量達220 MW。目前，我國有將近30個風電場，總裝機容量達到46萬kw。目前國內(nèi)最大的風電場是新疆達坂城二風場， 。廣東省南澳風電場居其次。內(nèi)蒙古輝騰錫勒風電場，國內(nèi)居第3位。而遼寧省的東崗和橫山風電場的裝機容量分別為12 MW和5 MW。為解決地處邊遠、貧困落后、居住分散、難以供電地區(qū)的農(nóng)牧民群眾的用電問題，大力推廣了戶用小型風力發(fā)電機。我國風力發(fā)電行業(yè)在2011年繼續(xù)保持了較快的發(fā)展，據(jù)不完全統(tǒng)計，截止到2011年12月末，（包括等待并網(wǎng)發(fā)電和已經(jīng)并網(wǎng)發(fā)電的），分布在31個省、直轄市、自治區(qū)和特別行政區(qū)。其中，四川和廣州于2011年填補了無風電的空白。累計風電裝機超過200萬千瓦的省級地區(qū)有10個，河北與甘肅分別位居第二和第三。，%。 2011年底中國累計風電裝機容量前十位的省份風能作為清潔能源、可再生能源，將會迎來更好會更快的發(fā)展。中國將在“第十二個五年計劃”期間重點發(fā)展風電產(chǎn)業(yè)，政府還將介紹一些中國促進風電發(fā)展的政策，促進健康，風力發(fā)電可持續(xù)發(fā)展。如果國家政府沒有出現(xiàn)重大調(diào)整，發(fā)力發(fā)電將繼續(xù)保持快速發(fā)展，根據(jù)市場發(fā)展預(yù)測，風力發(fā)電機組裝機容量年平均增長將達到180萬KW。我國將進入以風能為代表的可再生清潔能源發(fā)電的鼎盛時期。我國的風能資源比較豐富，但是我國的風力資源分布不均。有沿海（山東、浙江、福建、廣東）和東北至西北（內(nèi)蒙古、新疆、甘肅）兩大風帶，風的質(zhì)量好，為開發(fā)風電提供了基礎(chǔ)環(huán)境與條件。省區(qū)風力資源/MW省區(qū)風力資源/MW內(nèi)蒙古61780山東3940新疆34330江西2930黑龍江17230江蘇2380甘肅11430廣東1950吉林6380浙江1640河北6120福建1370遼寧6060海南640風力資源豐富的地區(qū)通常是分布在在沿海地區(qū)，在島上，西北，或偏遠地區(qū)。這些地方，一般條件比較惡劣，遠離城市，給風力發(fā)電行業(yè)的員工的生活帶來了很大的不便所以目前風力發(fā)電的發(fā)展方向為遠程監(jiān)控和無人值守，但是這樣的話對風力發(fā)電機的控制技術(shù)提出了很高的要求。目前風力機組的可靠性和安全性還達不到要求。風電在中國仍然面臨著許多問題，主要是建設(shè)成本高和高關(guān)稅。此外，中國的風力發(fā)電還處于發(fā)展階段，受國家政策的影響，以及社會和經(jīng)濟的發(fā)展，風力發(fā)電也很難進入大規(guī)模工業(yè)發(fā)展。一般來說，風電建設(shè)綜合效益不是很好，加上風力發(fā)電具有一次性投資較高，運轉(zhuǎn)初期，還本付息的壓力大，所以風電上網(wǎng)也需要政府的支持和鼓勵。需要國家出臺支持、優(yōu)惠及獎勵政策。一方面地方政府要充分發(fā)揮積極主動性，鼓勵大力發(fā)展風力發(fā)電產(chǎn)業(yè)，并對風力發(fā)電企業(yè)給予一定的政策優(yōu)惠或者適當?shù)呢斦a貼，同時，還能提供更多的就業(yè)機會。另一方面，在科研方面，國家還應(yīng)加大科技投入和技術(shù)創(chuàng)新，扶持民族企業(yè)的開拓創(chuàng)新，使產(chǎn)品及時更新?lián)Q代，使我國的風力裝備越來越先進，這樣還可以提高風能利用率和提高風力發(fā)電總量。以解決我國的電力能源短缺。 我國風力發(fā)電的前景與展望 風力發(fā)電經(jīng)過過去10年的發(fā)展，% 的平均速度在增長，就能夠提前5年完成當初設(shè)定的2020年的目標；根據(jù)市場估計，到2020年，我國有可能實現(xiàn)風電累計裝機達到5000萬千瓦。到那時，已安裝的風電容量的占國家電力將近6%的裝機容量，%。風力發(fā)電在經(jīng)歷了未來10年發(fā)展的黃金時期后，風電的地位將會得到很大的提高。風電作為新興清潔能源，和傳統(tǒng)的火力發(fā)電以及核電站相比較，具備成本上明顯的優(yōu)勢。依照我國當前的風力發(fā)電機裝機增長速度若屆時我國風電每年新增裝機才達到目前歐洲的水平，即達到800萬千瓦，；若2020年后每年新增裝機超過1100萬千瓦，約占全國每年新增裝機的30% ，即達到歐盟過去五年中風電占新增發(fā)電裝機的比例， 億千瓦左右，此時，風電在全國電力容量中的比重超過11% ，%的電力需求。那時，風電占據(jù)總發(fā)的電量的比例排第三位。成為第三大發(fā)電電源。僅次于風電火電、水電之后。由此可見，我國的風電市場的發(fā)展前景非常良好。按照每千瓦時投資8000元計算，到2020年，中國的風力發(fā)電可以達到每一年500億的投資規(guī)模，所以說發(fā)展?jié)摿薮?。我國的對風力資源的開發(fā)使用跨入了一個全新的階段，特別是小型風力發(fā)電機的應(yīng)用相當普遍，成效很好，前景廣闊。為了使我國的風力發(fā)電得到長遠的發(fā)展，應(yīng)該鼓勵風力發(fā)電的技術(shù)創(chuàng)新，加大科研開發(fā)，把握當初發(fā)電快速發(fā)展的機遇。使我國的風力發(fā)電事業(yè)邁向更高的頂峰。在積極實現(xiàn)堅持火電、水電、核電并舉，鼓勵海嘯能、風能、地熱能、生物能源等多種新興能源快速發(fā)展過程，為我國的發(fā)展提供足夠的能源供應(yīng)。 本章小結(jié) 本章主要介紹了風力發(fā)電研究的意思，和國內(nèi)外研究背景，以及當前我國風力發(fā)電的現(xiàn)狀，通過本章的介紹，可以看到風力發(fā)電有著良好的發(fā)展前景。2 風力發(fā)電機組系統(tǒng)構(gòu)成及功能簡介 風力發(fā)電的原理發(fā)電機是利用電磁感應(yīng)原理把機械能轉(zhuǎn)換成電能的裝置，在原動機（風力發(fā)電系統(tǒng)中對應(yīng)的是風力機）的拖動下，當風力發(fā)電機中的線圈繞組切割磁力線，則在線圈繞組中產(chǎn)生感應(yīng)電動勢。通常意義上講，相對于磁極而言，產(chǎn)生感應(yīng)電動勢的線圈繞組通常被稱為電樞繞組。無論何種類型的發(fā)電機，其基本組成部分都是產(chǎn)生感應(yīng)電動勢的線圈加上產(chǎn)生磁場的磁極或線圈。轉(zhuǎn)動的部分叫轉(zhuǎn)子，不動的部分叫定子。發(fā)電機作為機械能轉(zhuǎn)換為電能的裝置。根據(jù)風力發(fā)電機與電網(wǎng)的連接方式劃分：（1）離網(wǎng)運行的發(fā)電機，它是單臺獨立運行的發(fā)電機，發(fā)出的電不能接入電網(wǎng)當中，直接由發(fā)電機通過相應(yīng)的控制機構(gòu)向負載直接供電。（2)并網(wǎng)運行的發(fā)電機 ，發(fā)電機與電網(wǎng)并聯(lián)運行發(fā)電機的并網(wǎng)運行，發(fā)電機發(fā)出來的電力可以直接接入到電網(wǎng)中。目前全世界使用的主要有四種風力發(fā)電機組，下面我們就具體介紹一下：（1）定槳距失速型風力發(fā)電機組。通過風輪葉片失速來控制風力發(fā)電機組在大風時的功率輸出，以及通過葉尖擾流器來實現(xiàn)極端情況下的安全停機問題。變槳距失速型（主動失速型）。風力發(fā)電機組在低風速時通過改變槳距角或保持一定的槳距角，使其功率輸出增加，而在高風速時通過改變?nèi)~片槳距角來控制功率輸出。（2）直驅(qū)型風力發(fā)電機組。它是無齒輪箱的變槳距變速風力發(fā)電機組，風輪軸直接與低速永磁發(fā)電機連接。直驅(qū)型風力發(fā)電機組要采用全功率變流器。（3）雙饋異步變速恒頻型風力發(fā)電機組。風輪葉片槳距角可以調(diào)節(jié)，同時發(fā)電機可以變速，并輸出恒頻恒壓電能。在低于額定風速時，它通過改變轉(zhuǎn)速和葉片槳距角使風力發(fā)電機組在最佳尖速比下運行，輸出最大的功率，而在高風速時通過改變?nèi)~片槳距角使風力發(fā)電機組功率輸出穩(wěn)定在額定功率。當風的速度過大時，變槳距機構(gòu)通過改變?nèi)~片槳距角，確保風力發(fā)電機能夠保持穩(wěn)定的功率輸出。（4）混合風力發(fā)電機組?；旌闲惋L力發(fā)電機組也要采用全功率變流器。混合型風力發(fā)電機組。主要采用單級齒輪箱和中速永磁發(fā)電機，是直驅(qū)型風力發(fā)電機組和傳統(tǒng)型。風力發(fā)電機按照槳葉、風輪裝束以及傳動機構(gòu)可以分為以下幾類。（1）按風輪槳葉分類，●失速型。高風速