【正文】 控制器 放大器 偏航機構(gòu) 風力機 偏航計數(shù) 監(jiān)測元件 沈陽工業(yè)大學本科生畢業(yè)設計（論文） 15 N N Y Y Y 圖 42 偏航程序流程圖 此處先定義風向角和偏航角： 風向角 α 的范圍是 180176。當緊急停車時，需要通過偏航調(diào)節(jié)使機艙經(jīng)過最短的路徑與風向成 90176。時，需要啟動自動解纜控制程序，通過偏航調(diào)節(jié)使整個機艙回轉(zhuǎn) 1080176。偏航角度大小的檢測通過安裝在機艙內(nèi)的角度編碼器實現(xiàn)。以 PLC 為控制單位設計了偏航系統(tǒng)電路圖，該線路設計 考慮 到了 左右偏航驅(qū)動互鎖、手自動切換、左右偏航極限位置保護。 傳感器內(nèi)部設有微處理器和增量式編碼器，對尼龍齒輪旋轉(zhuǎn)齒數(shù)進行統(tǒng)計與判斷是否需要解纜，向哪個方向解纜以及何時停止解纜等。 圖 33 風向傳感器結(jié)構(gòu)原理圖 偏航保護 有時機艙可能長時間向一個風向偏航數(shù)圈，這樣會 造成電纜的纏繞， 如果旋轉(zhuǎn)過多圈，電纜將會損壞 。 以 WAV15 為例，它也是光電型傳感器 ,由單風標、格雷碼盤、光電組件組成 ,紅外 LED 和光電三極管分別安裝于 6 位格雷碼盤上下兩側(cè)的 6 個窩型孔內(nèi)。 圖 32 風速傳感器結(jié)構(gòu)原理圖 風向的測量 風向標一般是由尾翼、指向桿、平衡錘以及旋轉(zhuǎn)主軸四部分組成的首尾不對稱的平衡裝置。它通過統(tǒng)計單位時間脈沖數(shù)來測量風速。固定在支架上或互成 90176。 旋轉(zhuǎn)式風速計的感應部分是一個固定在轉(zhuǎn)軸上的感應風的組件，常用的有風杯、螺旋槳葉片和平板葉片三種類型。 風速風向傳感器 風向風速信號作為偏航控制系統(tǒng)中最關(guān)鍵的輸入信號，對其準確的測量將影響整個控制系統(tǒng)的性能。偏航時， 剎車松閘 。 偏航驅(qū)動 偏航驅(qū)動裝置 偏航驅(qū)動裝置 包括偏航電機和偏航減速齒輪機構(gòu)。 沈陽工業(yè)大學本科生畢業(yè)設計（論文） 11 第 3 章 偏航系統(tǒng)硬件結(jié)構(gòu) 硬件組成 風力機的偏航系統(tǒng)由偏航控制機構(gòu)和偏航驅(qū)動機構(gòu)兩大部分組成，偏航控制機構(gòu)是風力機特有的伺服系統(tǒng)，機械驅(qū)動機構(gòu)則是偏航系統(tǒng)的執(zhí)行機構(gòu)。對使用者來說，即使不需要具備計算機的專門知識，也能快速上手，更易于為工程技術(shù)人員 接受 [19]。這是 PLC 產(chǎn)品的市場生存價值。為適應工作現(xiàn)場的惡劣環(huán)境，還采用密封、 防塵、抗震的外殼封裝結(jié)構(gòu)。隔離和濾波，是抗干擾的兩大主要措施。 PLC 的運用能夠做到在線修改程序，改變控制的方案而無需拆開機器設備， 大大縮短了傳統(tǒng)控制設備的安裝和維修時間。現(xiàn)代 PLC 具有豐富的功能及 各種擴展單元、智能單元和特殊功能模塊， 可以根據(jù)實際應用對象的要求，靈活組合出要求匹配的控制系統(tǒng)?，F(xiàn)場輸出接口電路由輸出數(shù)據(jù)寄存器、選通電路和中斷請求電路集成，作用 PLC 通過現(xiàn)場輸出接口電路向現(xiàn)場的執(zhí)行部件輸出相應的控制信號。這樣，即使某個 CPU 出現(xiàn)故障，整個系統(tǒng)仍能正常運行 [16]。它按照 PLC 系統(tǒng)程序賦予的功能接收并存儲從編程器鍵入的用戶程序和數(shù)據(jù)；檢查電源、存儲器、 I/O 以及警戒定時器的狀態(tài)，并能診斷用戶程序中的語法錯誤。如果沒有一個良好的、可靠的電源系統(tǒng)是無法正常工作的。 功率給定 發(fā)電機功率 圖 24 變槳控制額定功率運行狀態(tài)框圖 轉(zhuǎn)速 控制器 槳距 控制器 變槳結(jié)構(gòu) 風輪 增速器 發(fā)電機 功率控制器 槳距控制器 變槳結(jié)構(gòu) 風輪 增速器 發(fā)電機 沈陽工業(yè)大學本科生畢業(yè)設計（論文） 9 主控制 PLC 結(jié)構(gòu)與特點 PLC 是一種專門在工業(yè)環(huán)境下應用而設計的數(shù)字運算操作的電子裝置。 額定功率運行狀態(tài) 當風速達到或超過額定風速后，風力發(fā)電機組進入額定功率狀態(tài)。當轉(zhuǎn)速在同步轉(zhuǎn)速附近保持一定時間后，發(fā)電機即并入電網(wǎng) [14]。 沈陽工業(yè)大學本科生畢業(yè)設計（論文） 8 轉(zhuǎn)速給定 發(fā)電機轉(zhuǎn)速 圖 23 變槳控制啟動狀態(tài)（轉(zhuǎn)速控制）框圖 為了使控制過程比較簡單，可以在轉(zhuǎn)速達到發(fā)電機同步轉(zhuǎn)速前對槳葉槳距并不加以控制。在發(fā)電機并入電網(wǎng)以前，變槳距系統(tǒng)的槳距角給定值由發(fā)電機轉(zhuǎn)速信號控制。這時氣流對槳葉不產(chǎn)生轉(zhuǎn)矩。 變漿距控制系統(tǒng) 變槳距是指安裝在輪轂上的葉片可以借助控制技術(shù)改變其槳距角的大小，從而改變?nèi)~片氣動特性，使槳葉和整機的受力狀況大為改善，其最重要的應用是功率調(diào)節(jié)。為了防止在緊急停機時，蓄能器內(nèi)油量不夠變距油缸一個行程，緊急順槳將由來自風的自變 漿 力完成。的方向調(diào)節(jié)葉片節(jié)距。缸筒的前端通過閥 192 和節(jié)流閥 172 排放到油箱，葉片變距到＋ 88176?！?88176。 變 漿 控制系統(tǒng)的節(jié)距控制是通過比例閥來實現(xiàn)的。系統(tǒng)的工作壓力設定范圍為 130— 145bar。液壓泵安裝在油箱油面以下并通過聯(lián)軸器 6，由油箱上部的電動機驅(qū)動。 變槳距 風電 機組 的液壓系統(tǒng) 變槳距 風電機組 的液壓系統(tǒng)與定槳距 風電機組 的液壓系統(tǒng)很相似，也由兩個壓力保持回路組成。通常它由兩個壓力保持回路組成，一路通過蓄能器供給葉尖擾流器，另一路通過蓄能器供給機械剎車機構(gòu)。 液壓控制系統(tǒng) 風力發(fā)電機的液壓系統(tǒng)屬于風力發(fā)電機的一種動力系統(tǒng)，它的主要功能是為變漿控制裝置、安全漿距控制裝置、偏航驅(qū)動和制動裝置、停機制動裝置提供液壓驅(qū)動力。偏航系統(tǒng)一般包括感應風向的風向標 ，偏航電機，偏航行星齒輪減速器，回轉(zhuǎn)體大齒輪等。為了避免尾流的影響，也可將尾翼上翹，裝在較高的位置。它 主要有以下兩個功能 ：一是要控制風輪跟蹤變化穩(wěn)定的風向，以便風輪獲得最大的風能；二是當 風電機組 由于偏航作用，機艙內(nèi)引出的電纜發(fā)生纏繞時，自動解除纏繞。 沈陽工業(yè)大學本科生畢業(yè)設計（論文） 4 第 2 章 系統(tǒng)構(gòu)成 控制系統(tǒng)的總體結(jié)構(gòu) 圖 所示為風力發(fā)電機控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)，針對此控制系統(tǒng)，選用集散型或分布式工業(yè)控制計算機，是絕大多數(shù)風電機組選用的形式。而控制系統(tǒng)以 PLC 為主控制器，其結(jié)構(gòu)簡單，編程方便，可實施性強，并且具有較強的抗干擾能力，可靠 性高，易于維護，能夠直觀的反應現(xiàn)場信號的變化狀態(tài)，通過編程工具能夠直接觀測出系統(tǒng)的運行情況，為維護人員查找故障提供了極大的方便，從而縮短了對系統(tǒng)的維護時間。 其中 20xx 年 1 月 1 日正式實施的《中華人民共和國可再生能源法》。從國家能源局獲悉，今年一季度我國風力發(fā)電量達到 188 億 kW 時，增長 %，比同期火電、水電、核電增速高出 30 到 50 個百分點。我國目前是全球最大的風電市場 ,也是全球最大的風力發(fā)電機組生產(chǎn)基地。預計到 20xx 年，歐洲海上風電的裝機容量將達到 10000MW。由于海上具有風能豐富、地域平坦寬廣等特點，海上風電場的多兆瓦級風電機組商業(yè)化運行是風 能領域的新的發(fā)展趨勢。 表 11 截止到 20xx 年世界新增風電裝機容量最多的 10 個國家 排名 國家 裝機容量（ MW） 排名 國家 裝機容量（ MW） 1 中國 17631 6 加拿大 1267 2 美國 6810 7 西班牙 1050 3 印度 3019 8 意大利 950 4 德國 2086 9 法國 830 5 英國 1293 10 瑞典 763 （ 2）風電成本逐年降低 風力發(fā)電的成本在過去 5 年中已下降了 20%。 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)對風電發(fā)展起到了至關(guān)重要的作用。 由此可見， 風力發(fā)電技術(shù) 具有 良好 的經(jīng)濟效益和社會效益， 它 的發(fā)展受到 全世界各國的高度關(guān)注 。塔筒與監(jiān)控、變電建筑僅占風電場約 1%的土地，其余 99%的場地可供農(nóng)、林、牧使用。各國都在尋找可替代一次能源的新型環(huán)保能源。風力發(fā)電的優(yōu)越性可歸納為四 點 ： （ 1）風力發(fā)電技術(shù)安全可靠且經(jīng)濟性高。 在當今社會，世界能源結(jié)構(gòu)也正在發(fā)生著重大的變化 ，即由礦物能源系統(tǒng)向以可再生能源為基礎的可持續(xù)能源系統(tǒng)轉(zhuǎn)變。s world is facing issues, such as environmental pollution, the greenhouse effect, the depletion of fossil fuels. Traditional energy has been increasingly unable to meet the demands of society, so renewable energy has been getting an increasing attention of countries and regions. Wind energy, with the feature of security, pollutionfree, clean and rich in storage ,is one of the fastest growing renewable clean energy, so it’s given priority to all the countries. Of all the renewable energy, it has the greatest developing and business prospects. At the present, the booming wind power market in China promotes the development of wind turbine manufacturing industry. Wind turbine control system is one of the most important part in the field of wind energy, and it guarantees the safe and efficient operation of the wind turbine. .And yaw control is a critical part of the control system. Therefore, how to make yaw control bee more intelligent and more precise is the focus to programmers. This article has a discussion on the yaw and partial movement control procedures. At the beginning of the article, it introduces the general structure of the motion control system and put emphasis on the software and hardware structure of the yaw control as well as control principle. Then the article uses PLC as the main control unit to design the wind turbine yaw control system and the hardware structure. Finally, bined with the mon problems in the yaw processing, such as the shortest path calculation, cable winding and wind angle, uses LAD in STEP7 software to program. According to the data collected by the wind direction and wind speed sensor, the system achieve the functions including automatic yaw, manual yaw and automatic cast off. Experiments show that the system controller runs security and stability Keywords: wind generation。 最后，本文 結(jié)合偏航過程中的常見問題，如偏航最短路徑、 電纜的纏繞 和對風角計算等， 用 STEP7軟件 中的 LAD 編程語言 編寫了偏航程序。 所以，如何使偏航變得更智能、更精確 成為了編程人員工作的焦點。在 眾多 再生能源中，它最具有大規(guī)模開發(fā)和商業(yè)發(fā)展前景。 密級：內(nèi)部 風電運動控制編程與實踐 Programming and practice for motion control of wind energy