【正文】 Y N N 啟動(dòng)上電采集外界風(fēng)速參數(shù)在啟動(dòng)風(fēng)速范圍內(nèi)風(fēng)力發(fā)電機(jī)啟動(dòng)常州大學(xué) 本科 生 畢業(yè)設(shè)計(jì)（ 論文） 第 13 頁(yè) 共 46頁(yè) 時(shí)，表明機(jī)艙位置已對(duì)準(zhǔn)風(fēng)向，在 171176。時(shí)，向右偏航電機(jī)將連續(xù)工作 90 秒，當(dāng)角度在155176。之間，向右偏航電機(jī)將連續(xù)工作 20 秒。205176。大約需要 30 秒，這是由電動(dòng)機(jī)的工作頻率與齒輪的齒數(shù)決定的 [8]。這一過(guò)程中，被控對(duì)象為機(jī)艙的溫度 [8]。 165 176。????50 s????20 s????????20 s 205 176。 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(wú)差度，以保證實(shí)現(xiàn)對(duì)設(shè)定值的無(wú)靜差 跟蹤。實(shí)驗(yàn)湊試法是通過(guò)閉環(huán)運(yùn)行或模擬，觀察系統(tǒng)的響應(yīng)曲線，然后根據(jù) 各參數(shù)對(duì)系統(tǒng)的影響，反復(fù)湊試參數(shù)，直至出現(xiàn)滿意的響應(yīng)曲線，從而確定 PID 控制參數(shù)。 (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 溫度傳感器 A/D PLC 控制 機(jī)艙溫度 D/A sp(t) e (t) pυ(t) M(t) c(t) E(k) E t=0 t() P(k) KC*E t=0 t() 常州大學(xué) 本科 生 畢業(yè)設(shè)計(jì)（ 論文） 第 16 頁(yè) 共 46頁(yè) 第二進(jìn)行整定積分環(huán)節(jié)。 第三進(jìn)行是微分環(huán)節(jié)。 在測(cè)試比例 系 數(shù) Kc 時(shí)，發(fā)現(xiàn)當(dāng)系數(shù)越小，響應(yīng)曲線反應(yīng)越快，超調(diào)量越小， 過(guò)渡過(guò)程越平穩(wěn)，但余差變大。逐步減小積分時(shí)間，積分作用 由弱變強(qiáng)，消除余差的能力由弱變強(qiáng)。通常使用 PI 控制 方式。 溫度 PID 機(jī)艙 PID 設(shè)定參數(shù)和塔架內(nèi)部 PID 設(shè)定參數(shù)一樣。 機(jī)艙 和塔架 溫度閉環(huán)控制流程圖如下： 圖 310 機(jī)艙溫度閉環(huán)控制流程圖 常州大學(xué) 本科 生 畢業(yè)設(shè)計(jì)（ 論文） 第 18 頁(yè) 共 46頁(yè) 溫度控制模塊的設(shè)計(jì)思想主要是假設(shè)溫升過(guò)快超過(guò)額定值時(shí)，控制器啟動(dòng)冷卻機(jī)進(jìn)行降溫，使溫度降至穩(wěn)定范圍。塔架內(nèi)部空間大，常有人員在 其內(nèi)部操作、維護(hù)。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(yùn)行則需要在發(fā)電機(jī)停止轉(zhuǎn)動(dòng)的狀態(tài)下按下停止按鈕才能實(shí)現(xiàn)。 表 31 是基于 PLC 的 風(fēng)力發(fā)電控制系統(tǒng) 的 I/O 地址分配 。 S7200 具有很多優(yōu)點(diǎn)，指令集豐富，編輯語(yǔ)言簡(jiǎn)單，集成功能極高 ，性價(jià)比很高，使用便捷安全等。提供給擴(kuò)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]。在 本文 中使用 模擬量擴(kuò)展模塊 EM231CN 和 EM232CN。在本 文 中， 系統(tǒng)所需 開(kāi)關(guān)量輸入點(diǎn)數(shù)為 11 個(gè)，開(kāi)關(guān)量輸出點(diǎn)數(shù)為 11 個(gè) ， 模擬量輸入點(diǎn)數(shù)為 4 個(gè) ， 模擬量輸出點(diǎn)數(shù)為 2 個(gè) 。 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(jī)控制，還可以有功能模塊與 I/O 口的擴(kuò)展。 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 19 頁(yè) 共 46頁(yè) 變壓器控制流程圖如下： 圖 312 變壓器控制流程圖 在這個(gè) 變壓器控制 系統(tǒng)中，我們需要 2 個(gè)開(kāi)關(guān)量輸入點(diǎn)， 2 個(gè)開(kāi)關(guān)量輸出點(diǎn)。這有利于電壓的傳輸與利用，電壓過(guò)低或過(guò)高會(huì)引起線路的負(fù)載過(guò)大，損耗過(guò)大。兩個(gè)開(kāi)關(guān)量進(jìn)行啟動(dòng)和開(kāi)啟送風(fēng)電動(dòng)機(jī)。 圖 311 溫控系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖 整個(gè)系統(tǒng)具有 機(jī)艙和塔架內(nèi) 兩個(gè)溫度控制單元，要對(duì)兩個(gè)棚內(nèi)溫度進(jìn)行控制。所以將機(jī)艙溫度控制在一定范圍內(nèi)是很重要的。 計(jì)算 25℃ 由公式 帶入各系數(shù)具體值得到 的 。 設(shè)定系統(tǒng)采樣時(shí)間為 。消除了偏差，輸出停止變化。 反復(fù)湊試確認(rèn)系統(tǒng)的比例系數(shù)為 ，但余差比較大 。首先置微分時(shí)間 TD=0，逐漸 加大 TD，同時(shí)相應(yīng)地改變比例系數(shù)和積分時(shí)間，反復(fù)湊試直至獲得滿意的控制效果。將第一個(gè)步驟中選擇的比例系數(shù)減少到原來(lái)的 50%80%，再將積分時(shí)間置一個(gè)較大值，觀測(cè)響應(yīng)曲線。 第一進(jìn)行 整定比例控制。直觀而言，微分作用能在偏差還沒(méi)有形成之前，就已經(jīng)消除偏差。 圖 35 為機(jī)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 sp(t)是給定值， pυ(t)是反饋量， c(t)是系統(tǒng)的輸出量， PID 控制的輸入輸出關(guān)系式如下： M(t)=Kc[e(t)+(1/TI)?t dtte0)( +(de(t)/)/dt]+Mo(t) () 其中 Kc 為比例系數(shù)， TI 為積分時(shí)間常數(shù)， TD 為微分時(shí)間常數(shù) [9]。 189 176。 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(jī) 的 工作 是 根據(jù)不同的風(fēng)向夾角度，控制電機(jī)向左 或向右 持續(xù) 偏 轉(zhuǎn) 一定 時(shí)間 ，使風(fēng)向夾角度保持在一定的角度 范圍內(nèi) 。之間，向左偏航電機(jī)將連續(xù)工作 90 秒。195176。之間，向右偏航電機(jī)將連續(xù)工作 50 秒，當(dāng)角度在 165176。之間屬于測(cè)量傳感器誤差范圍內(nèi)，偏航系統(tǒng)將不做任何控制動(dòng)作。 電機(jī)接電源后，制動(dòng)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(jìn)行制動(dòng)，經(jīng)過(guò)摩擦力矩的阻礙，電動(dòng)機(jī)即會(huì)停止轉(zhuǎn)動(dòng)。因此確定對(duì)風(fēng)目標(biāo)為風(fēng)輪回轉(zhuǎn)面與風(fēng)向垂直。215176。 偏航控制系統(tǒng)的工作原理是通過(guò)風(fēng)向傳感器檢測(cè)外界風(fēng) 向 ，將風(fēng) 向 模擬信號(hào) A/D 轉(zhuǎn)換后傳遞給 PLC， PLC 內(nèi)部計(jì)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(hào)給偏航驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)，偏航驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)驅(qū)動(dòng)機(jī)艙轉(zhuǎn)變角度使之達(dá)到最佳的角度，從而使風(fēng)能的吸收率最大化 [6]。 通常風(fēng)電機(jī)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(dòng)偏航、風(fēng)向標(biāo)控制 90176。 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(guò)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(shí)， PLC 則可以向工作人員報(bào)警，工作人員可 以選擇 手動(dòng) 停機(jī)；假如 風(fēng)速在合理的范圍內(nèi)， 系統(tǒng)則 啟動(dòng)發(fā)電機(jī)，發(fā)電機(jī)將風(fēng)能轉(zhuǎn)換為電能 ，并在此時(shí)發(fā)電機(jī)信號(hào)燈顯示發(fā)電機(jī)在工作 ， 系統(tǒng) 信號(hào)燈顯示表示系統(tǒng)運(yùn)行 。 最后是 變壓器的控制。 主要流程如下： 啟動(dòng)后 PLC 開(kāi)始初始化，用風(fēng)速傳感器檢測(cè)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(jī)啟動(dòng)， 風(fēng)速檢測(cè)值過(guò)大， 則 要 報(bào)警 并且 進(jìn)行手動(dòng)停機(jī) 。了解該設(shè)計(jì)所需用到的電器元件，對(duì)各種元件進(jìn)行選型。 一般設(shè)計(jì)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(cè)速傳感器要及時(shí)傳送模擬量，經(jīng)PLC 分析后立即做出停機(jī)措施。最后還介紹了相關(guān)的風(fēng)能理論知識(shí)。mv2=189。瞬時(shí)風(fēng)速 V 用平均風(fēng)速 Vm加上風(fēng)的波動(dòng)分v來(lái)表示： V=Vm+v （ ） 風(fēng)速為 v，當(dāng)風(fēng)吹過(guò)葉輪時(shí)，葉輪受力轉(zhuǎn)動(dòng)。 控制系統(tǒng)通常由各種傳感器，微機(jī)處理器，編程控制器，軟件系統(tǒng)和執(zhí)行機(jī)構(gòu)組成。塔架的幾種基本形式：?jiǎn)喂芾€式，衍架拉線式，衍架式和錐筒式。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(duì)準(zhǔn)風(fēng)向，以便 風(fēng)機(jī) 獲得最大的風(fēng)能； 當(dāng)機(jī)艙內(nèi)引出電纜發(fā)生纏繞時(shí)，它會(huì)自動(dòng)解纜。齒輪箱結(jié)構(gòu)復(fù)雜，在機(jī)艙內(nèi)安裝空間小，由于外界工作環(huán)境惡劣，常有強(qiáng)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。 發(fā)電機(jī)是將傳動(dòng)軸傳給的機(jī)械能轉(zhuǎn)化為電能的裝備。機(jī)艙的左邊是風(fēng)力發(fā)電轉(zhuǎn)子（葉片與風(fēng)輪軸）。 此外風(fēng)輪機(jī)構(gòu)組件還包括變漿機(jī)構(gòu)，它是根據(jù)風(fēng)速的變化來(lái)調(diào)節(jié)槳距角，用以風(fēng)電機(jī)保持高效率的輸出功率。 輪轂有固定式和鉸鏈?zhǔn)絻煞N。一般葉片具有高硬度，高強(qiáng)度，低密度等特點(diǎn)。 圖 21 風(fēng)電機(jī)組的組成 風(fēng)輪 及其 組件 風(fēng)輪由三部分組成：葉片、輪轂、風(fēng)輪軸 [4]。由于外界因素影響風(fēng)很不穩(wěn)定，這類風(fēng)力發(fā)電機(jī) 電壓、頻率差異很大且效率低下，沒(méi)有實(shí)際運(yùn)用價(jià)值。 按照現(xiàn)在的風(fēng)機(jī)技術(shù)， 風(fēng)速 3m/s 左右 的微風(fēng)即可以開(kāi)始發(fā)電。利用 STEP7Micro/WIN32 軟件輸入程序，查錯(cuò)調(diào)試，連接實(shí)驗(yàn)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。 第三 章 和第四 章 是本論 文中的重點(diǎn)部分 。最后列舉了設(shè)計(jì)的主要內(nèi)容和各章節(jié)的安排。 本 文 中應(yīng)了解相關(guān)風(fēng)力發(fā)電的知識(shí)和 需 解決的一些具體問(wèn)題：理解相關(guān)空氣動(dòng)力學(xué)常州大學(xué) 本科 生 畢業(yè)設(shè)計(jì)（ 論文） 第 5頁(yè) 共 46頁(yè) 知識(shí)，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(hào)； 如何 假設(shè)建立個(gè)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(gè)功能的電路圖 ，如何 編 制 PLC 程序， 如何進(jìn)行上下位機(jī)聯(lián)調(diào)模擬等。 （ 6） 致力于 風(fēng)力發(fā)電成本不斷下降。 （ 2） 定槳距機(jī)組逐步向變槳距機(jī)組轉(zhuǎn)換。美國(guó)風(fēng)電行業(yè)去年新增裝機(jī) ，形勢(shì)有所回落。 20xx 年全球風(fēng)電新增裝機(jī)容量超過(guò) 41000MW[3]，目前全球風(fēng)電總裝機(jī)容量已經(jīng)超過(guò) 238000KW。歐洲也是風(fēng)電設(shè)備裝設(shè)最多的一大洲 。 近年來(lái) 美國(guó)的風(fēng)力發(fā)電發(fā)展最高端，新增裝機(jī)容量 169萬(wàn)千瓦，總裝機(jī)容量達(dá)到 636萬(wàn)千瓦。不過(guò)在海陸線上建設(shè)風(fēng)力發(fā)電廠還存在技術(shù)的難度，需要投入巨額資金裝備和維護(hù)，所以在美國(guó)，德國(guó)，中國(guó)等這樣的大國(guó)才進(jìn)行投產(chǎn)建設(shè)。 在技術(shù)方面，美國(guó)，丹麥，德國(guó)等科技實(shí)力強(qiáng)勁的國(guó)家向風(fēng)電機(jī)偏航控制， 變槳距控制，調(diào)整失速控制，自動(dòng)化調(diào)控等各方面進(jìn)行開(kāi)發(fā)，他們建立了各種基于計(jì)算機(jī)技術(shù)的風(fēng)能資源的測(cè)量，傳感和模擬系統(tǒng)，擴(kuò)展了空氣動(dòng)力學(xué)方面的理論知識(shí)， 研制出了新一代的電機(jī)，例如具有變速發(fā)電機(jī)、變極發(fā)電機(jī)、變速恒頻發(fā)電機(jī)、變滑差發(fā)電機(jī)、步進(jìn)低速發(fā)電機(jī)等。 （ 2） 單機(jī)容量進(jìn)一步增大。 20xx 年，我國(guó)的新增裝機(jī)容量已達(dá)到 630 萬(wàn)千瓦 ,我國(guó)總裝機(jī)容量翻兩倍達(dá)到了 1200 萬(wàn)千瓦，已達(dá)到了上面所說(shuō)的20xx 年風(fēng)電裝機(jī) 1000 萬(wàn)千瓦的目標(biāo)。而北方以及西北內(nèi)陸地區(qū)，冬季風(fēng)勢(shì)力強(qiáng)勁， 所以 這些 地區(qū)風(fēng)能資源 主要集中在冬季。 國(guó)內(nèi)外發(fā)展現(xiàn)狀 國(guó)內(nèi)發(fā)展?fàn)顩r 我國(guó)的風(fēng)能資源分布 ：我國(guó)風(fēng)能資源的 地區(qū) 區(qū)域差異大 。使風(fēng)電控制相自動(dòng)化智能化一體化方向發(fā)展。在智能化的風(fēng)電領(lǐng)域中，通過(guò)調(diào)節(jié)發(fā)電機(jī)電磁力矩和風(fēng)電機(jī)輪片槳距角使 葉尖 速比保持在最佳值，實(shí)現(xiàn) 風(fēng)力 的最大能量獲取。兆千級(jí)的風(fēng)力發(fā)電機(jī)成為主要趨勢(shì)，海上風(fēng)電開(kāi)始大規(guī)模發(fā)展。第二階段， 20 世紀(jì)末。在全球能源危機(jī)和環(huán)境日益脆弱的嚴(yán)重背景下，風(fēng)能資源的開(kāi)發(fā)越來(lái)越受到普通民眾關(guān)注。風(fēng)力發(fā)電在為社會(huì)發(fā)展和經(jīng)濟(jì)增長(zhǎng)提供穩(wěn)定可靠的電力供應(yīng)的同時(shí)，可以有效地緩解空氣污染、水體污染和溫室效應(yīng)問(wèn)題。 風(fēng)能是種取之不盡、用之不竭的可再生能源之一 。在此后的時(shí)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)行排水，與海爭(zhēng)地，在低洼的海灘上建設(shè)強(qiáng)大的國(guó)家。到 19 世紀(jì)中葉蒸汽機(jī)出現(xiàn)之后，以風(fēng)能為主能源的應(yīng)用才逐漸減少。大氣運(yùn)動(dòng) 則是因?yàn)榇髿馐艿教?yáng)的輻射， 能量來(lái)源于大氣 吸收 的 部分太陽(yáng)能 ，太陽(yáng)到達(dá)地球輻射的 20%會(huì)轉(zhuǎn)變成風(fēng)能。 關(guān)鍵詞： 風(fēng)力發(fā)電；可編程控制器；偏航；溫度控制 III The Control System of Wind Power Based on PLC Abstract： In recent years, with the continuous development of the economy and people’s living standards continue to improve, in the scope of world petroleum, oil and coal these nonrenewable resource consumption was significantly more than the environment can stand. Combustion power generation of pollutants generated also produced negative effec t 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, puter and programmable control of the lev