【正文】 大量污染物和二氧化碳排放。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(yùn)用于發(fā)電這一領(lǐng)域有很大的運(yùn)用空間。此后在 20 世紀(jì)，風(fēng)力發(fā)電蓬勃發(fā)展。 現(xiàn)在 人們 所說的風(fēng)能利用主要是指風(fēng)力發(fā)電。公元 12 世紀(jì)時(shí)，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 。 yaw。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 。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(jì)算機(jī)和可編程控制的科研水平在提升， 這對(duì)于風(fēng)電 控制 的 研究 又提供了 新的途徑。 最后進(jìn)行相關(guān)調(diào)試 和仿真， 利用 STEP7Micro/WIN32 編程軟件對(duì) PLC 程序進(jìn)行調(diào)試、仿真運(yùn)行和在線診斷等，使仿真結(jié)果滿足設(shè)計(jì)要求。 temperature control 目 錄 1 引言 選題背景與意義 自然 界 的風(fēng)，是由于大氣運(yùn)動(dòng)而 產(chǎn)生 的自然形式。 此后，風(fēng)車和風(fēng)帆一直是人們主要的動(dòng)力機(jī)械。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(jiǎn)單的風(fēng)力發(fā)電機(jī) 。 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)力發(fā)電具有裝機(jī)容量增長(zhǎng)快，成本下降快，安全環(huán)保等優(yōu)勢(shì)。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(huì)和人群中得到廣泛的支持。丹麥和美國(guó)的研究水平提升最快，風(fēng)力發(fā)電機(jī)容量也從幾十瓦發(fā)展到百千瓦。第三階段， 21 世紀(jì)初。主要的控制 方式有人工手動(dòng)調(diào)控，計(jì)算機(jī)模擬，上下通信，預(yù)測(cè)調(diào)控，微控制器自動(dòng)檢測(cè)調(diào) 控 等。所以在國(guó)際國(guó)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。本 文 運(yùn)用可編程控制器西門子 S7200 作為 主 控制 器 ，通過啟動(dòng)發(fā)電機(jī)，偏航控制 ， 變壓器 控制和溫度控制等幾個(gè)模塊設(shè)計(jì)，對(duì)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 。東部沿海地區(qū)，夏季風(fēng)勢(shì)力 強(qiáng)勁 ，風(fēng)能 資源 主要集中 在夏季。與 2021 年當(dāng)年新增裝機(jī) 萬千瓦相比， 2021 年當(dāng)年新增裝機(jī)增長(zhǎng)率 達(dá)到了 254%。 我國(guó)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。 常州大學(xué) 本科 生 畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 第 7 頁 共 46 頁 圖 11 我國(guó)風(fēng)能資源分布圖 國(guó)外發(fā)展?fàn)顩r 在 20 世紀(jì) 70 年代，以美國(guó)為主的西方國(guó)家發(fā)生石油危機(jī)波及全球范圍后，許多國(guó)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(dòng)力學(xué)理論，運(yùn)用新型材料，電機(jī)， 可編程控制器， 計(jì)算機(jī)技術(shù)，通信技術(shù)，自動(dòng)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(jī)組，充分利用豐富的風(fēng)能資源，開創(chuàng)了一個(gè)綠色風(fēng)能時(shí)代。在海陸線附近由于陸地、常州大學(xué) 本科 生 畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 第 8 頁 共 46 頁 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(qiáng)大，可以大規(guī)模采取進(jìn)行發(fā)電。目前全世界風(fēng)電工業(yè)規(guī)模約為 120億美元，預(yù)計(jì)到 2020年可望達(dá)到 1200億美元。 全世界風(fēng)力發(fā)電發(fā)展速度最快 是歐洲。 亞洲地區(qū)風(fēng)力發(fā)電與 西方國(guó)家 相比 發(fā)展相對(duì) 比較緩慢， 除了印度中國(guó) ，其它國(guó)家風(fēng)電裝機(jī)容量 都 很小。 就發(fā)展相對(duì)成熟的歐美風(fēng)常州大學(xué) 本科 生 畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 第 9 頁 共 46 頁 電市場(chǎng)來看，歐洲去年新增裝機(jī) ，總裝機(jī)容量上升至 94GW，這一數(shù)字支撐著歐洲 %的用電需求?！? 國(guó)際風(fēng)電發(fā)展方向有以下幾方面： （ 1） 變速恒頻機(jī)組應(yīng)運(yùn)而生。 （ 5） 海上風(fēng)能利用技術(shù)及其風(fēng)電場(chǎng)建設(shè)受到重視。 控制機(jī)組 應(yīng) 具有 輪片隨 風(fēng)向 變化而變化的動(dòng)作且具有恒功率輸出的表現(xiàn) ， 傳感器對(duì)風(fēng)向標(biāo)的 夾角 進(jìn)行檢測(cè)， 風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng) 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(duì)電力傳輸能夠施以 嚴(yán)格的 管理控制。文中又介紹 了風(fēng)力發(fā)電的歷史，國(guó)內(nèi)、國(guó)外發(fā)展現(xiàn)狀與研究趨勢(shì)。在風(fēng)能理論中介紹了 風(fēng)速和風(fēng)能的意義。 第五 章 中主要說明了對(duì)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。 常州大學(xué) 本科 生 畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 第 11 頁 共 46 頁 2 風(fēng)電機(jī)組組成與風(fēng)能理論 風(fēng)能發(fā)電的原理，是風(fēng)力帶動(dòng)風(fēng)電機(jī)的輪片旋轉(zhuǎn)，輪片的一端連接發(fā)電機(jī)的機(jī)械聯(lián)動(dòng)桿，發(fā)電機(jī)內(nèi)導(dǎo)體切割 磁感應(yīng)線 而產(chǎn)生電流，這樣實(shí)現(xiàn)了風(fēng)力發(fā)電的目的 。 最早最簡(jiǎn)單的風(fēng)力 發(fā)電機(jī)由葉輪和發(fā)電機(jī)兩個(gè)部分組成，站立于一定高度的塔上。 圖 21 表示風(fēng)機(jī) 各個(gè)部分的組成。 葉片是風(fēng)力發(fā)電機(jī)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(qiáng)度、硬度、密度以及使用壽命。它的作用是葉片的力和力矩傳遞到主傳動(dòng)機(jī)構(gòu)中。風(fēng)輪軸有較高的綜合機(jī)械性。其中包含齒輪箱、發(fā)電常州大學(xué) 本科 生 畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 第 13 頁 共 46 頁 機(jī)等主要部件。聯(lián)軸器與制動(dòng)器往往設(shè)計(jì)在一起。葉片產(chǎn)生的轉(zhuǎn)矩通過齒輪的 傳動(dòng)遞給發(fā)電機(jī)。 圖 22 風(fēng)力發(fā)電齒輪箱 偏航系統(tǒng)也稱作對(duì)風(fēng)裝置，被安裝在機(jī)艙座內(nèi)。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)?？刂葡到y(tǒng)的功能主要有對(duì)運(yùn)行過程的模擬量和數(shù)字量進(jìn)行采集、傳遞、分析、運(yùn)算，從而做出命令控制風(fēng)電機(jī)組的運(yùn)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(cè)到并且分析原因，做出相應(yīng)的保護(hù)措施或停機(jī)。它只可給出相關(guān)風(fēng)的近似概念，并且因?yàn)閭鞲衅鞯膽T性作用，風(fēng)速的瞬時(shí)值只能近似地測(cè)量。mv2 （ ） 單位時(shí)間里氣體流過截面 S 的氣體體積是 V，那么 V=Sv （ ） 單位氣體體積的質(zhì)量為 m=ρV=ρvS （ ） 流動(dòng)氣體具有的動(dòng)能 為 E=189。 P 為當(dāng)?shù)卮髿鈮海?t 為當(dāng)?shù)卮髿鈮?，則氣體密度計(jì)算公式： ρ = （ ） （ ） 本章小結(jié) 本章主要介紹了風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的四個(gè)主要組成部分 ：風(fēng)輪及其組件、機(jī)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 。 發(fā)電機(jī)運(yùn)作 后 ，在運(yùn)作過程中溫度傳感器、風(fēng)向傳感器、測(cè)速傳感器將測(cè)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(dòng)作，例如 啟動(dòng)發(fā)電 機(jī)開始工作， 隨風(fēng)向的變化驅(qū)動(dòng)電機(jī)隨之旋轉(zhuǎn)，繞纜時(shí)自動(dòng)停機(jī)， 運(yùn)行冷卻機(jī)當(dāng)機(jī)艙 或塔架溫度過高 時(shí) ，變壓器運(yùn)作控制 等?？刂祈樞?yàn)椋紫认到y(tǒng)初始化啟動(dòng)后，進(jìn)行發(fā)電機(jī)啟動(dòng)，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(dòng)與停止。 系統(tǒng)整體設(shè)計(jì) 本文 中，控制方式將采取順序控制 和中斷控制 。 因?yàn)槭菍?duì)模擬量的閉環(huán)控制，所以 針對(duì)溫度的變化 采用 PID 控制 方法 。 Y 啟動(dòng) 控制器初始化 采集 風(fēng)速 參數(shù) 大于 額定參數(shù) 啟動(dòng)發(fā)電機(jī) 偏航控制 停機(jī) 溫度控制 N 變壓器控制 常州大學(xué) 本科 生 畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 第 20 頁 共 46 頁 （ 1） 發(fā)電機(jī) 啟動(dòng)模塊 這一模塊的功能是啟動(dòng)系統(tǒng)總開關(guān)， PLC 初始化 。 偏航驅(qū)動(dòng)裝置常用伺服電動(dòng)機(jī)和偏航減速齒輪。 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(dòng)偏航。 在 本文 中，設(shè)計(jì)一個(gè)偏航 工作區(qū)間 為 145176。只有風(fēng)輪回轉(zhuǎn)面垂直 于 風(fēng)向，即 風(fēng)力 發(fā)電機(jī)的風(fēng)輪法線與風(fēng)向一致，風(fēng)電機(jī)吸收的功率最大。 偏航電機(jī)是電磁制動(dòng)三相異步電動(dòng)機(jī)。 189176。 165176。當(dāng)角度在 189176。 之間，向左偏航電機(jī)將連續(xù)工作 50 秒，當(dāng)角度在 205176。 以上所述的 角 度區(qū)間控制原理可以用圖 33 進(jìn)行表示： 圖 33 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 34， 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(jī)艙水平軸撥到與風(fēng)輪回轉(zhuǎn)面垂直的位置。 171 176。持續(xù)工作50 s持續(xù)工作90 s向左偏航合適風(fēng)向指示燈YNYYYYYNNNNN常州大學(xué) 本科 生 畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 第 24 頁 共 46 頁 冷 氣流 進(jìn)行降溫，這樣 實(shí)現(xiàn)對(duì)溫度的閉環(huán)控制。 PID 控 制 器因?yàn)榫哂胁恍枰豢貙?duì)象的數(shù)學(xué)模型，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單容易實(shí)現(xiàn)，有很強(qiáng)的靈活性、實(shí)用性，使用方便等優(yōu)點(diǎn)，所以 將有效地提高 PLC 設(shè)計(jì)效率。微分系數(shù) TD 反應(yīng)系統(tǒng)偏差的變化率，預(yù)見偏差變化的趨勢(shì)，因此能產(chǎn)生超前的控制作用。實(shí)驗(yàn)湊試法的整定步驟為“先比例，再積分，最后微分”。在比例控制 下穩(wěn)態(tài)誤差不能滿足要求時(shí)，則需要加入積分控制。經(jīng)過步驟二， PI 控制只能消除穩(wěn)態(tài)誤差，而動(dòng)E(k) E t=0 t() P(k) KC*E t=0 t() P(k) KC*E t=0 t() 積分時(shí)間 P(k) Td*E t=0 t() 微分時(shí)間 常州大學(xué) 本科 生 畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 第 26 頁 共 46 頁 態(tài)過程不能令人滿意，此時(shí)應(yīng)該加入微分控制，構(gòu)成 PID 控制。系數(shù)越大，偏差也隨之變大，過渡過程容易震蕩。在湊試積分系數(shù)為 時(shí)，發(fā)現(xiàn)系統(tǒng)能夠較好地將余差消除。因此，設(shè)定微分系數(shù)為 。 溫度設(shè)定值 表示實(shí)際溫度為 25℃ 。 機(jī)艙是風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)中很重要的組成部分，假若溫度過高將會(huì)影響發(fā)電機(jī)、主軸、齒輪箱等重要元器件的運(yùn)行狀態(tài)，嚴(yán)重的甚至燒壞電纜，毀壞電機(jī)。機(jī) 艙 塔架內(nèi)部M M機(jī)艙風(fēng)機(jī)塔架內(nèi)風(fēng)機(jī)總排氣閥塔架排氣閥總進(jìn)氣閥塔架排氣閥機(jī)艙排氣閥機(jī)艙排氣閥常州大學(xué) 本科 生 畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 第 29 頁 共 46 頁 因?yàn)榇嬖诳刂破?、?jì)算機(jī)系統(tǒng)、變壓器等各類重要的電力設(shè)備，所以控制塔架內(nèi)溫度是十分必要的。 在這個(gè) 溫控 系統(tǒng)中，我們需要兩個(gè)測(cè)溫模擬量輸入點(diǎn)，兩個(gè)需要冷卻機(jī)工作輸送冷氣流的模擬量輸入點(diǎn)，兩個(gè)需要排氣閥排出 氣流的模擬量輸出點(diǎn)。 （ 4） 變壓器控制模塊 在變壓器控制系統(tǒng)中，將發(fā)電機(jī)產(chǎn)生的電壓轉(zhuǎn)為標(biāo)準(zhǔn)的高壓（此電壓為傳輸?shù)礁邏狠旊娋€路的高電壓）。所以在這一模塊中，變壓器的運(yùn)行和停止分別 需要兩個(gè)開關(guān)條件的實(shí)現(xiàn)。 表 32 是與風(fēng)力發(fā)電控制 程序 相關(guān)的 存儲(chǔ)器注釋內(nèi)容。根據(jù)控制規(guī)模的大小，即輸入 /輸出點(diǎn)的多少，選擇相應(yīng)的 CPU 型號(hào) 。 西門子 S7200 提供外接擴(kuò)展模擬量輸入輸出模塊。 其他器件的選型 風(fēng)力發(fā)電控制系統(tǒng)中所需用到了一些電氣元件有發(fā)電機(jī)、電動(dòng)機(jī)、變壓器、傳感器、 表 31 I/O 地址分配表 分類 名稱 數(shù)據(jù)類型 I/O 口地址 輸入 系統(tǒng)總啟動(dòng) BOOL 變壓器啟動(dòng) BOOL 變壓器停止 BOOL 機(jī)艙溫控系統(tǒng)啟動(dòng) BOOL 機(jī)艙溫控系統(tǒng)停止 BOOL 機(jī)艙溫控系統(tǒng)急停 BOOL 塔架內(nèi)部溫控系統(tǒng)啟動(dòng) BOOL 塔架內(nèi)部溫控系統(tǒng)停止 BOOL 塔架內(nèi)部溫控系統(tǒng)急停 BOOL 常州大學(xué) 本科 生 畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 第 32 頁 共 46 頁 溫度控制系統(tǒng)總啟動(dòng) BOOL 溫度控制系統(tǒng) 總停止 BOOL 輸出 系統(tǒng)啟動(dòng)顯示燈 BOOL 發(fā)電機(jī)啟動(dòng) BOOL 向左偏航 BOOL 向右偏航 BOOL 合適風(fēng)向顯示燈 BOOL 風(fēng)速過大警報(bào)顯示燈 BOOL 機(jī)艙電動(dòng)機(jī) BOOL 塔架內(nèi)部電動(dòng)機(jī) BOOL 溫控進(jìn)氣閥進(jìn)氣 BOOL 變壓器運(yùn)行 BOOL 變壓器停運(yùn) BOOL EM231 風(fēng)速 WORD AIW0 風(fēng)向 WORD AIW2 機(jī)艙溫度 WORD AIW4 塔架內(nèi)部溫度 WORD AIW6 EM232 機(jī)艙進(jìn)氣閥進(jìn)氣 WORD AQW0 塔架內(nèi)部進(jìn)氣閥進(jìn)氣 WORD AQW2 繼電器、接觸器和熔斷器等。型號(hào)： MQAEJ 系列電磁制動(dòng)三相異步電動(dòng)機(jī)。 （ 3）傳感器、繼電器的選擇： 風(fēng)速風(fēng)向傳感器使用 PH100SX 型號(hào) [12]。 區(qū)間 通用輔助存儲(chǔ)器 風(fēng)向參數(shù)在 155176。 區(qū)間 通用輔助存儲(chǔ)器 風(fēng)向參數(shù)在 171176。 區(qū)間 通用輔助存儲(chǔ)器 風(fēng)向參數(shù)在 1