【正文】 假設 m 為氣體質(zhì)量 ,ρ為空氣密度。最后還介紹了相關(guān)的風能理論知識。一般設計的風力發(fā)電設備如果遇到突發(fā)情況 ,沙塵暴或是暴風 ,風速突然加大 ,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。了解該設計所需用到的電器元件 ,對各種元件進行選型。系統(tǒng)內(nèi)分為機艙控制單元與塔架控制單元 ,打開進氣閥排放冷氣流 ,間隔一定時間檢測室溫 ,溫度太高則使得進氣閥繼續(xù)進氣 ,溫度低于設定值停止進氣 ,使得溫度恒定在安全范圍內(nèi) 。在正常風速范圍內(nèi) ,發(fā)電機啟動 ,接下來進行各類控制 ,控制的目的是使風力得到最大程度的利用。最后是變壓器的控制。風速傳感器采集了外界風速模擬值 ,將風速反饋給 PLC,假如風速過大 ,不符合發(fā)電的風速要求 ,若風速太大或者太小 ,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 。偏航驅(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。其中風向標控制的迎風自動偏航是偏航控制最主要的內(nèi)容。偏航控制系統(tǒng)模塊主要實現(xiàn)風輪機隨風向轉(zhuǎn)動功能。 為了保證風力發(fā)電機組吸收風能達到最佳的效能 ,機艙必須對準實時風向。使得機艙能夠準確地對風 [7]。時 ,表明機艙位置已對準風向 ,在 171176。時 ,向右偏航電機將連續(xù)工作 90秒 ,當角度在 155176。之間 ,向右偏航電機將連續(xù)工作 20 秒。 205176。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]。這一過程中 ,被控對象為機艙的溫度 [8]。 圖 35 為機艙和塔架內(nèi)部溫度閉環(huán)控制系統(tǒng) : 圖 35 溫度閉環(huán)控制系統(tǒng)圖 圖 中 spt 是給定值 ,pυ t 是反饋量 ,ct 是系統(tǒng)的輸出量 ,PID 控制的輸入輸出關(guān)系式如下 : MtKc[et+1/TI+det//dt]+Mot 其中 Kc 為比例系數(shù) ,TI 為積分時間常數(shù) ,TD 為微分時間常數(shù) [9]。直 觀而言 ,微分作用能在偏差還沒有形成之前 ,就已經(jīng)消除偏差。 第一進行整定比例控制。將第一個步驟中選擇的比例系數(shù)減少到原來的 50%80%,再將積分時間置一個較大值 ,觀測響應曲線。首先置微分時間 TD0,逐漸加大 TD,同時相應地改變比例系數(shù)和積分時間 ,反復湊試直至獲得滿意的控制效果。反復湊試確認系統(tǒng)的比例系數(shù)為 ,但余差比較大。消除了偏差 ,輸出停止變化。設定系統(tǒng)采樣時間為 。計算25℃由公式 帶入各系數(shù)具體值得到的。所以將機艙溫度控制在一定范圍內(nèi)是很重要的。 圖 311 溫控系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖 整個系統(tǒng)具有機艙和塔架內(nèi)兩個溫度控制單元 ,要對兩個棚內(nèi)溫度進行控制。這樣連鎖的控制 ,使室內(nèi)溫度保持恒定 [11]。需要用到模擬量輸入模塊 EM231 和模擬量輸出模塊 EM232。變壓器停止運行則需要在發(fā)電機停止轉(zhuǎn)動的狀態(tài)下按下停止按鈕才能實現(xiàn)。 表 31 是基于 PLC 的風力發(fā)電控制系統(tǒng)的 I/O 地址分配。 S7200 具有 很多優(yōu)點 ,指令集豐富 ,編輯語言簡單 ,集成功能極高 ,性價比很高 ,使用便捷安全等。提供給擴展單元 5VDC[10]。模擬量輸出模塊 EM232CN 具有 2 路模擬量輸出通道 ,也為 24V DC 狀態(tài) [11]。 偏航控制電機選用帶電磁制動的三相異步電動機。 (2)變壓器的選擇 : 變壓器選用干式自冷變壓器 SCB10M630/10,低壓側(cè)為 380V,高壓側(cè)則在 3000V 以上。 ~155176。 ~171176。 ~195176。 ~215176。 電機的過載保護需要使用繼電器進行保護。偏航、變槳距以及溫度控制模塊選用 RT18 低壓熔斷器。 4 可編程控制器及控制程序 可編程控制器簡介 可編程控制器 (Programmable Logi 。提出對于這個系統(tǒng)的方案相匹配的電氣元件 ,并對對它們進行選型。 (5)熔斷器的選擇 : 熔斷器保護作為電路過載保護最常用的一個手段運用于本文各個電路模塊中。常用于調(diào)用初始化 特殊存儲器 該位提供了一個周期為 1秒鐘 ,占空比為 累加寄存器 AC0、 AC1 用于存放數(shù)據(jù) ,如運算數(shù)據(jù)、中間數(shù)據(jù)和結(jié)果數(shù)據(jù) 輸入映像寄存器 ~ 接收外部的開關(guān)信號 輸出映像寄存 器 ~ 控制外部負載的開關(guān)信號 (4)接觸器的選擇 : 發(fā)電機的開關(guān)使用交流接觸器。 ~205176。 ~189176。 ~165176。 溫度傳感器選用 PT100 風管式溫度傳感器。 溫度控制送風電動機選用三相異步電動機。 (1)電機的選擇 : 風力發(fā)電機選用雙饋異步發(fā)電機。在本文中使用模擬量擴展模塊 EM231CN 和 EM232CN。在本文中 ,系統(tǒng)所需開關(guān)量輸入點數(shù)為 11 個 ,開關(guān)量輸出點數(shù)為 11 個 ,模擬量輸入點數(shù)為 4 個 ,模擬量輸出點數(shù)為 2 個。 PLC 的選型 西門子 S7200 是一種小型可編程邏輯控制器 ,它不僅可以單機控制 ,還可以有功能模塊與 I/O 口的擴展。 變壓器控制流程圖如下 : 圖 312 變壓器控制流程圖 在這個變壓器控制系統(tǒng)中 ,我們需要 2 個開關(guān)量輸入點 ,2 個開關(guān)量輸出點。這有利于電壓的傳輸與利用 ,電壓過低或過高會引起線路的負載過大 ,損耗過大。兩個開關(guān)量進行啟動和開啟送風電動機?？刂剖覂?nèi)溫度時滿 1 小時后進行排氣 。塔架內(nèi)部空間大 ,常有人員在其內(nèi)部操作、維護。機艙和塔架溫度閉環(huán)控制流程圖如下 : 圖 310 機艙溫度閉環(huán)控制流程圖 溫度控制模塊的設計思想主要是假設溫升過快超過額定值時 ,控制器啟動冷卻機進行降溫 ,使溫度降至穩(wěn)定范圍。溫度 PID 機艙 PID 設定參數(shù)和塔架內(nèi)部 PID 設定參數(shù)一樣。通常使用 PI 控制方 式。逐步減小積分時間 ,積分作用由弱變強 ,消除余差的能力由弱變強。 在測試比例系數(shù) Kc 時 ,發(fā)現(xiàn)當系數(shù)越小 ,響應曲線反應越快 ,超 調(diào)量越小 ,過渡過程越平穩(wěn) ,但余差變大。 第三進行是微分環(huán)節(jié)。 a 偏差階躍變化 b 比例整定作用 圖 36 偏差階躍變化經(jīng)比例整定圖 第二進行整定積分環(huán)節(jié)。實驗湊試法是通過閉環(huán)運行或模擬 ,觀察系統(tǒng)的響應曲線 ,然后根據(jù)各參數(shù)對系統(tǒng)的影響 ,反復湊試參數(shù) ,直至出現(xiàn)滿意的響應曲線 ,從而確定 PID 控制參數(shù)。積分系數(shù) TI 使得系統(tǒng)消除穩(wěn)態(tài)誤差 ,提高系統(tǒng)的無差度 ,以保證實現(xiàn)對設定值的無靜差跟蹤。 本文中 ,溫度控制模擬量閉環(huán)控制系統(tǒng)將采用 PID 控制。其中偏航電機的工作是根據(jù)不同 的風向夾角度 ,控制電機向左或向右持續(xù)偏轉(zhuǎn)一定時間 ,使風向夾角度保持在一定的角度范圍內(nèi)。之間 ,向左偏航電機將連續(xù)工作 90 秒。195176。之間 ,向右偏航電機將連續(xù)工作 50秒 ,當角度在 165176。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。電機接電源后 ,制動裝置的整流器也隨之接通電源 ,線圈通電產(chǎn)生磁力吸引銜鐵進行制動 ,經(jīng)過摩擦力矩的阻礙 ,電動機即會停止轉(zhuǎn)動。因此確定對風目標為風輪回轉(zhuǎn)面與風向垂直。 215176。 偏航控制系統(tǒng)的工作原理是通過風向傳感器檢測外界風向 ,將風向模擬信號 A/D 轉(zhuǎn)換后傳遞給 PLC,PLC 內(nèi)部計算風向的夾角 ,與參定值進行比較是否達到要求 ,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)變角度使之達到最佳的角度 ,從而使風能的吸收率最大化 [6]。通常風電機偏航控 制系統(tǒng)有三種控制方式 :風向標控制的迎風自動偏航、風向標控制 90176。 發(fā)電機啟動模塊的順序控制流程圖如下 : 圖 32 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]。下來具體說明每個模塊的主要功能、控制過程以及控制流程圖。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。 系統(tǒng)整體設計 本文中 ,控制方式將采取順序控制和中斷控制。(2)事先編制好風向標夾角的角度區(qū)間 ,啟動發(fā)電機后 ,將外界 風向模擬量轉(zhuǎn)換后傳送給控制器 ,將角度數(shù)據(jù)分析后歸相應角度區(qū)間進行控制 ,運作向左偏航電機或者向右偏航電機 ,使之偏轉(zhuǎn)到合適風向范圍內(nèi) 。 據(jù)系統(tǒng)功能的要求 ,本文將對風力發(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行研究。 控制方面的工作原理及過程為 :當系統(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速模擬信號 A/D轉(zhuǎn)換后并且傳輸給 PLC,處理中心則將模擬量與額定參數(shù)進行比較 ,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