【正文】 安徽工業(yè)大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）基于組態(tài)王風(fēng)力發(fā)電偏航系統(tǒng)的研究摘 要在某種意義上講，人類社會的發(fā)展離不開優(yōu)質(zhì)能源的出現(xiàn)和先進(jìn)能源技術(shù)的使用。在當(dāng)今世界，能源的發(fā)展，能源和環(huán)境，是全世界、全人類共同關(guān)心的話題，也是我國社會發(fā)展的重要問題。風(fēng)能作為一種可持續(xù)發(fā)展的新能源，不僅可以節(jié)約常規(guī)能源，而且減少環(huán)境污染，具有較好的經(jīng)濟(jì)效益和社會效益，越來越受到各國的重視。由于風(fēng)能具有能量密度低、隨機(jī)性和不穩(wěn)定性等特點(diǎn)，風(fēng)力發(fā)電機(jī)組是復(fù)雜多變量非線性不確定系統(tǒng)，因此，控制技術(shù)是機(jī)組安全高效運(yùn)行的關(guān)鍵。偏航控制系統(tǒng)成為水平軸風(fēng)力發(fā)電機(jī)組控制系統(tǒng)的重要組成部分。風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的偏航控制系統(tǒng)，主要分為兩大類：被動迎風(fēng)偏航系統(tǒng)和主動迎風(fēng)系統(tǒng)。前者多用于小型的獨(dú)立風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)，由尾舵控制，風(fēng)向改變時，被動對風(fēng)。后者則多用大型并網(wǎng)型風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)，由位于下風(fēng)向的風(fēng)向標(biāo)發(fā)出的信號進(jìn)行主動對風(fēng)控制。本文在介紹風(fēng)力機(jī)的偏航控制機(jī)構(gòu)、驅(qū)動機(jī)構(gòu)的基礎(chǔ)上，采用PLC作為主控單元，設(shè)計(jì)了風(fēng)電機(jī)組的偏航控制系統(tǒng)。系統(tǒng)根據(jù)風(fēng)向、風(fēng)速傳感器采集的數(shù)據(jù)，采取邏輯控制主動對風(fēng)，實(shí)現(xiàn)了對風(fēng)過程可控。關(guān)鍵詞：風(fēng)力發(fā)電機(jī)；風(fēng)向標(biāo)；偏航控制系統(tǒng)；驅(qū)動機(jī)構(gòu)46AbstractIn some sense, the development of human society cannot be separated from the emergence of highquality energy and advanced energy technologies. In today39。s world, energy development, energy and the environment, the world, mankind39。s mon topic of concern, but also the important issue of China39。s social development. Wind energy as a sustainable development of the new energy, not only can save conventional energy sources, and reducing environmental pollution, good economic and social benefits, everincreasing importance attached.As wind energy has low energy density, randomness and nonstability characteristics of wind turbine is plex and everchanging amount of nonlinear uncertain systems, therefore, the control unit technology is the key to safe and efficient operation. Yaw control system bees horizontal axis wind turbine control system is an important ponent. The wind turbine yaw control system is divided into two categories: passive and active yaw wind wind systems. The former is mostly used for small independent wind power generation system, controlled by the rudder, the wind changes, the passive to the wind. The latter is more of a largescale gridconnected wind power generation system consisting of the vane located downwind signals for active yaw control.This paper describes the wind turbine yaw control mechanism, the drive mechanism, based on the use of PLC as the master unit, the design of wind turbine yaw control system. System according to wind direction, wind speed sensor data collected, to take active control logic to the wind, the realization of the wind process control.Key words: Wind turbine ；Wind vane；Yaw control system；Drive mechanism目 錄1. 概述 1 課題的背景和意義 1 國外風(fēng)力發(fā)電的發(fā)展 2 世界風(fēng)電資源的開發(fā)與利用 2 世界風(fēng)力發(fā)電現(xiàn)狀 2 世界風(fēng)電發(fā)展很快的地區(qū) 3 國內(nèi)風(fēng)力發(fā)電的發(fā)展 4 風(fēng)電發(fā)展的展望 52. 風(fēng)力發(fā)電機(jī)組系統(tǒng)構(gòu)成及功能簡介 7 風(fēng)力發(fā)電機(jī)的基礎(chǔ)理論 7 貝茨(Betz)理論 7 風(fēng)力發(fā)電機(jī)特性系數(shù) 8 現(xiàn)代風(fēng)機(jī) 9 現(xiàn)代風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的構(gòu)成 10 風(fēng)力發(fā)電的原理 11 風(fēng)力發(fā)電機(jī)系統(tǒng)組成部分簡介 12 風(fēng)力機(jī)槳葉系統(tǒng) 13 風(fēng)力機(jī)齒輪箱系統(tǒng) 14 發(fā)電機(jī)系統(tǒng) 14 偏航系統(tǒng) 15 解纜裝置 15 剎車系統(tǒng) 16 塔架 16 控制系統(tǒng) 163. 偏航控制系統(tǒng)功能和原理 18 偏航控制系統(tǒng)的功能 18 偏航控制原理 19 風(fēng)向、風(fēng)速信號的采集 20 風(fēng)向測量 20 風(fēng)速的測量 214. 偏航控制系統(tǒng)設(shè)計(jì) 23 偏航系統(tǒng)控制過程分析 23 自動偏航 23 自動解纜 24 阻尼剎車 24 偏航控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)流程圖 25 解纜控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)流程圖 25 PLC簡介 26 PLC300 27 PROFIBUS一DP 27 組態(tài)王監(jiān)控系統(tǒng) 29 組態(tài)王簡介 29 基于組態(tài)王軟件仿真的意義 29 上位機(jī)系統(tǒng)概述 305. 結(jié)果分析 31 EWind Turbine 運(yùn)行環(huán)境 31 組態(tài)王開發(fā)環(huán)境 32 EWind Turbine調(diào)試 33 組態(tài)王運(yùn)行結(jié)果 34致謝 35參考文獻(xiàn) 36 1. 概述 課題的背景和意義能源是經(jīng)濟(jì)發(fā)展的原動力，是現(xiàn)代文明的物質(zhì)基礎(chǔ)，安全、可靠的能源供應(yīng)和高效、清潔的利用能源是實(shí)現(xiàn)社會經(jīng)濟(jì)持續(xù)發(fā)展的基本保證。人類社會發(fā)展的歷史與能源的開發(fā)和利用水平密切相關(guān)，每一次新型能源的開發(fā)都使人類經(jīng)濟(jì)的發(fā)展產(chǎn)生一次飛躍。開發(fā)利用可再生能源資源，提高可再生能源在能源結(jié)構(gòu)中的比例將是一個重要的選擇。所謂可再生能源就是取之不盡、用之不竭、與人類共存的能源。它包括太陽能、風(fēng)能、生物質(zhì)能、地?zé)崮?、海洋能等。在這眾多的可再生能源中，目前發(fā)展最快、商業(yè)化最廣泛、經(jīng)濟(jì)上最適用的，當(dāng)數(shù)風(fēng)力發(fā)電。風(fēng)能(wind energy)地球表面大量空氣流動所產(chǎn)生的動能。由于地面各處受太陽輻照后氣溫變化不同和空氣中水蒸氣的含量不同，因而引起各地氣壓的差異，在水平方向高壓空氣向低壓地區(qū)流動，即形成風(fēng)。風(fēng)能資源決定于風(fēng)能密度和可利用的風(fēng)能年累積小時數(shù)。風(fēng)能密度是單位迎風(fēng)面積可獲得的風(fēng)的功率，與風(fēng)速的三次方和空氣密度成正比關(guān)系。地球上大約有2%的太陽能被轉(zhuǎn)化成風(fēng)能。風(fēng)力發(fā)電作為一種新的、安全可靠的潔凈能源，其優(yōu)越性為越來越多的人所認(rèn)識。風(fēng)力發(fā)電的優(yōu)越性可歸納為五點(diǎn):(1)風(fēng)力發(fā)電是一種潔凈的自然能源。風(fēng)能在轉(zhuǎn)換成電能的過程中，只降低了氣流的速度，沒有給大氣造成任何污染。風(fēng)電沒有常規(guī)能源及核電對環(huán)境造成的污染問題。核電的放射性廢料仍是一個較難解決的問題。(2)風(fēng)力發(fā)電技術(shù)不斷進(jìn)步，單機(jī)容量逐步增大，產(chǎn)品質(zhì)量得到改善，可用率達(dá)到98%以上，是一種安全可靠的能源。(3)由于技術(shù)進(jìn)步和產(chǎn)品批量增加，風(fēng)力發(fā)電的經(jīng)濟(jì)性日益提高，風(fēng)電成本持續(xù)下降。 各類能源成本比較電力種類平均成本（ 美分/千瓦﹡每小時）電力種類平均成本（ 美分/千瓦﹡每小時）煤電 ~ 天然氣發(fā)電 ~ 核電 ~ 風(fēng)電(返稅前) ~ 水電 ~ 風(fēng)電(返稅后) ~ ，風(fēng)力發(fā)電的成本己接近煤電，低于油電和核電。若考慮煤電的環(huán)境污染和交通安全等問題，風(fēng)電的經(jīng)濟(jì)性優(yōu)于煤電。(4)風(fēng)力發(fā)電場建設(shè)周期短。單臺風(fēng)力發(fā)電機(jī)組安裝僅需幾個星期，可多臺同時安裝，互不干擾。建設(shè)一個風(fēng)力發(fā)電場，從土建、安裝到投產(chǎn)，只需半年至一年時間；而煤電、核電的建設(shè)需要二至十年。(5)風(fēng)力發(fā)電占地面積少。塔筒與監(jiān)控、變電建筑僅占風(fēng)電場約1%的土地，其余99%的場地可供農(nóng)、林、牧使用。由此可見，風(fēng)力發(fā)電具有較好的經(jīng)濟(jì)效益和社會效益，風(fēng)力發(fā)電技術(shù)的發(fā)展受到世界各國政府的高度重視。自從20世紀(jì)80年代現(xiàn)代并網(wǎng)風(fēng)力發(fā)電機(jī)組問世以來，隨著槳葉空氣動力學(xué)、計(jì)算機(jī)技術(shù)、控制技術(shù)、發(fā)電機(jī)技術(shù)和新材料的發(fā)展，風(fēng)力發(fā)電技術(shù)的發(fā)展極為迅速，單機(jī)容量從最初的數(shù)十千瓦級發(fā)展到最近進(jìn)入風(fēng)電場的兆瓦級機(jī)組；功率控制方式從定槳距失速控制向全槳葉變距和變速控制發(fā)展。運(yùn)行可靠性從20世紀(jì)80年代初的50%提高到98%以上。并且在風(fēng)電場運(yùn)行的風(fēng)力發(fā)電機(jī)組全部可以實(shí)現(xiàn)集中控制和遠(yuǎn)程控制。風(fēng)電場發(fā)展空間更加廣闊，已從內(nèi)陸移到海上。 國外風(fēng)力發(fā)電的發(fā)展 世界風(fēng)電資源的開發(fā)與利用風(fēng)能作為一種清潔的可再生能源，越來越受到世界各國的重視。其蘊(yùn)量巨大，109MW，其中可利用的風(fēng)能為2107MW，比地球上可開發(fā)利用的水能總量還要大10倍。在著力提高能源供應(yīng)安全、積極應(yīng)對氣候變化，尋求新的經(jīng)濟(jì)增長點(diǎn)的大背景推動下，全球風(fēng)電累計(jì)裝機(jī)容量實(shí)現(xiàn)了連續(xù)十年接近30％的年均增長速度，創(chuàng)造了全球能源行業(yè)發(fā)展的奇跡。 世界風(fēng)力發(fā)電現(xiàn)狀據(jù)世界風(fēng)能協(xié)會（CWEC）的統(tǒng)計(jì)，（風(fēng)車約17104臺），%。自20世紀(jì)90年代以來，風(fēng)力發(fā)電裝機(jī)容量呈指數(shù)級增長。目前世界電力約2%由風(fēng)電供應(yīng)，歐盟（EU）平均約5%由風(fēng)電供應(yīng)，到2020年全球風(fēng)電供應(yīng)量將占電力供應(yīng)總量的12%。全球可再生能源發(fā)電裝機(jī)容量中風(fēng)電占有壓倒性優(yōu)勢，在被利用的可再生能源中風(fēng)能占了一半以上，而風(fēng)力發(fā)電也是可再生能源應(yīng)用技術(shù)中最為領(lǐng)先的。近年世界風(fēng)力發(fā)電高速增長，前景光明。風(fēng)力發(fā)電機(jī)組容量的大型化、重量的輕型化、容量的高可靠性、高效率、低成本將成為風(fēng)電產(chǎn)業(yè)的發(fā)展趨勢。主要呈現(xiàn)為以下幾個特點(diǎn)：（1）世界風(fēng)電工業(yè)高速發(fā)展目前，已有48個國家頒布了支持可再生能源發(fā)展的相關(guān)法律法規(guī)，政策法規(guī)對風(fēng)電發(fā)展起到了至關(guān)重要的作用。 現(xiàn)今國外風(fēng)力發(fā)電主要以歐美為主,發(fā)展風(fēng)電的動力來源于環(huán)境的壓力,主要用來減少二氧化碳等氣體的排放。亞洲的風(fēng)電成為全球風(fēng)電產(chǎn)業(yè)發(fā)展的新生力量,印度則是發(fā)展中國家的典型。位于全球風(fēng)力發(fā)電裝機(jī)容量前10位的國家是:德國,美國,丹麥,印度,西班牙,荷蘭,英國,中國,意大利,瑞典。截止到2011年10月世界風(fēng)電總裝機(jī)容量變化情況如圖1. 1所示。 截止到2011年10月世界風(fēng)電總裝機(jī)容量（2）風(fēng)電成本逐年降低盡管風(fēng)電成本受很多因素的制約，但其發(fā)展趨勢是逐漸降低的。隨著風(fēng)電技術(shù)的改進(jìn)，風(fēng)電機(jī)組越來越便宜和高效。增大風(fēng)電機(jī)組的單機(jī)容量就減少了基礎(chǔ)設(shè)施的費(fèi)用，而且同樣的裝機(jī)容量需要更少數(shù)目的機(jī)組，這也節(jié)約了成本。隨著融資成本的降低和開發(fā)商的經(jīng)驗(yàn)豐富，項(xiàng)目開發(fā)的成本也相應(yīng)得到降