【正文】 電的原理發(fā)電機是利用電磁感應(yīng)原理把機械能轉(zhuǎn)換成電能的裝置，在原動機（風力發(fā)電系統(tǒng)中對應(yīng)的是風力機）的拖動下，當風力發(fā)電機中的線圈繞組切割磁力線，則在線圈繞組中產(chǎn)生感應(yīng)電動勢。發(fā)電機作為機械能轉(zhuǎn)換為電能的裝置。通過風輪葉片失速來控制風力發(fā)電機組在大風時的功率輸出，以及通過葉尖擾流器來實現(xiàn)極端情況下的安全停機問題。它是無齒輪箱的變槳距變速風力發(fā)電機組，風輪軸直接與低速永磁發(fā)電機連接。在低于額定風速時，它通過改變轉(zhuǎn)速和葉片槳距角使風力發(fā)電機組在最佳尖速比下運行，輸出最大的功率，而在高風速時通過改變?nèi)~片槳距角使風力發(fā)電機組功率輸出穩(wěn)定在額定功率?；旌闲惋L力發(fā)電機組。高風速時因槳葉形狀或因葉尖處的擾流器動作，限制風力發(fā)電機的輸出轉(zhuǎn)矩與功率。風輪始終保持一定轉(zhuǎn)速運行，風能轉(zhuǎn)換率低，與恒速發(fā)電機對應(yīng)。可在兩個設(shè)定的轉(zhuǎn)速間運行，改善風能轉(zhuǎn)換率，與雙速發(fā)電機對應(yīng)。用齒輪箱連接低速風力機和高速發(fā)電機。現(xiàn)代風力發(fā)電機組一般都增加了齒輪箱和偏航系統(tǒng)，尾部有測量風速的測風系統(tǒng)，還有液壓剎車系統(tǒng)和相應(yīng)的控制系統(tǒng)等。隨著認識的深入，使用的需要和技術(shù)的進步，目前已逐步趨向少數(shù)幾種結(jié)構(gòu)形式。風力機組槳葉應(yīng)該滿足以下的要求：（1） 良好的空氣動力外形，能夠充分的利用風電場的風資源條件。（4） 耐腐蝕性和防雷擊性能好，方便維護。葉片的變槳距操作是通過變槳距系統(tǒng)實現(xiàn)的。 a) 液壓變槳距 b) 電動變槳距 變槳距機構(gòu) 葉片變槳距系統(tǒng)主要由葉片和輪轂間的旋轉(zhuǎn)機構(gòu)、變槳距驅(qū)動機構(gòu)、執(zhí)行機構(gòu)、備用供電系統(tǒng)和控制系統(tǒng)組成。它包括風輪主軸（低速軸）、增速齒輪箱、高速軸（齒輪箱輸出軸）以及寄希望剎車制動裝置等部件。按照支撐方式的不同，可以分為三種結(jié)構(gòu)形式，分別為獨立軸承支撐結(jié)構(gòu)，三點支撐式主軸，主軸軸承與齒輪箱集成形式。增速箱的低速軸接槳葉，高速軸聯(lián)接發(fā)電機（直驅(qū)式風力發(fā)電機則沒有齒輪箱機構(gòu)）。國外一般采用24極的發(fā)電機。與傳統(tǒng)的風力發(fā)電機系統(tǒng)相比，直驅(qū)永磁風力發(fā)電機取消了沉重的增速齒輪箱，提高了風力發(fā)電機組的可靠性和可利用率，降低了制造和維護成本，減小了機械效率損失，提高了運行效率。間接電網(wǎng)連接指的是風力發(fā)電機的電流通過一系列電力設(shè)備，經(jīng)調(diào)節(jié)與電網(wǎng)匹配。風力發(fā)電機所用的發(fā)電機一般都是采用異步發(fā)電機，對于定槳距風力發(fā)電機組，一般還采用單繞組雙速異步發(fā)電機，這一方案不僅解決了低功率時發(fā)電機的效率問題，而且還改善了低風速時的葉尖速比。但對于直驅(qū)式風力發(fā)電機系統(tǒng)，采用的是永磁同步發(fā)電機形式。 偏航系統(tǒng)偏航系統(tǒng)主要是用于調(diào)整風輪的對風方向，即要使風輪對準風的方向，偏航控制系統(tǒng)是風力發(fā)電機組特有的一個位置伺服系統(tǒng)。 解鎖裝置解纜和扭纜保護是風力發(fā)電機組的偏航系統(tǒng)所必須具有的主要功能。不同的風力發(fā)電機需要解纜時的纏繞圈數(shù)都有其規(guī)定。自動解纜包括紐纜開關(guān)控制的安全鏈動作計算機報警和計算機控制的凸輪自動解纜兩部分，以保證風電機組安全。紐纜開關(guān)控制的安全鏈保護；若凸輪控制的自動解纜未能執(zhí)行，則紐纜情況可能會更加嚴重，當紐纜達到極值圈數(shù)時，紐纜開關(guān)將動作，此開關(guān)動作將會觸發(fā)安全鏈動作，向中心控制器發(fā)出緊急停機信號和不可自復(fù)故障信號，等待進行人工解纜操作。在定槳距風力發(fā)電機組中，液壓系統(tǒng)的主要任務(wù)是執(zhí)行風力發(fā)電機組的氣動剎車和機械剎車；在變槳距風力發(fā)電機組中，液壓系統(tǒng)主要控制變距機構(gòu)，實現(xiàn)風力發(fā)電機組的轉(zhuǎn)速控制、功率控制，同時也控制機械剎車機構(gòu)。當風力發(fā)電機組需要脫網(wǎng)停機時，液壓油缸失去壓力，擾流器在離心力的作用下釋放并旋轉(zhuǎn)80176。主要制動器，每次制動時都是它起主要作用。并使之離開地面一定高度，以使風力機能處于良好的風況環(huán)境下運轉(zhuǎn)。因此塔架和基礎(chǔ)對著整個風力機組的安全性和經(jīng)濟性有著重要的影響。風力發(fā)電機的工作狀態(tài)是否良好、機組設(shè)備是否安全的運行，這些都取決于控制系統(tǒng)的好壞。風力發(fā)電機組控制系統(tǒng)的性能和著兩大問題能否解決密切相關(guān)?？刂葡到y(tǒng)主要由各種傳感器、變槳距系統(tǒng)、主控制器、無功補償單元、功率輸出單元、安全保護單元、并網(wǎng)控制單元、通信接口電路、監(jiān)控單元等組成。風力發(fā)電的控制系統(tǒng)也體現(xiàn)了先進的這些技術(shù)，目前的風力發(fā)電機的控制方式從單一的定槳距失速控制發(fā)展為變速恒頻率和變槳距控制。特別當風速在大于額定風速條件下，變槳距系統(tǒng)發(fā)揮作用，調(diào)節(jié)葉片功角，使風力機保持輸出功率的平衡。發(fā)電機運行在低速度上，此時6級電機開始動作。雙饋電機的轉(zhuǎn)子側(cè)通過功率變換器，通常為雙PWM交直交型變換器連接到電網(wǎng)。變頻恒速包括異步感應(yīng)發(fā)電機、繞線轉(zhuǎn)子異步發(fā)電機、雙饋發(fā)電機、永磁直驅(qū)同步發(fā)電機。它有兩個主要的功能：一是要控制風輪跟蹤變化的風向，使風力發(fā)電機組的風輪始終處于迎風狀態(tài)，這樣既能充分利用風能,又提高了風力發(fā)電機組的發(fā)電效率；二是當風力發(fā)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。偏航控制機構(gòu)的組成部分為：（1） 偏航控制器 （2）風向傳感器 （3）解纜傳感器機械驅(qū)動機構(gòu)的組成部分為：（1） 偏航驅(qū)動裝置 （2）偏航軸承 （3）偏航制動器偏航軸承的軸承內(nèi)外圈通過螺栓分別和風力機組的機艙、塔架連接在一起。具體采用內(nèi)齒結(jié)構(gòu)還是外齒結(jié)構(gòu)，要根據(jù)機組的具體機構(gòu)和總體的布置來決定?；剞D(zhuǎn)支承，它是一種特殊結(jié)構(gòu)的大型軸承，能夠承受徑向力、軸向力外，以及承受傾覆力矩。一般采用液壓拖動的鉗盤式制動器。在偏航系統(tǒng)中，制動器可以采用常閉式和常開式兩種結(jié)構(gòu)形式，常閉式制動器是在有動力的條件下處于松開狀態(tài)，常開式制動器則是處于鎖緊狀態(tài)。風力發(fā)電機組的偏航系統(tǒng)一般有內(nèi)齒形式和外齒形式兩種。偏航驅(qū)動裝置通常采用開式齒輪傳動。計數(shù)器一般是一個帶有控制開關(guān)的渦輪蝸桿裝置，或者是與其相似的程序。通常，這個裝置是獨立于控制系統(tǒng)的，一旦這個裝置被觸發(fā)，則機組應(yīng)當立即停車。風向傳感器能夠檢測到風向信號，并發(fā)出控制信號給偏航電機，風力發(fā)電機通過偏航電動機來帶動風力機風輪轉(zhuǎn)動，對風輪位置進行調(diào)整，以達到對風的效果。 在風輪的前部和機艙一側(cè)，裝有風向儀，當風輪與風向儀指向發(fā)生偏離時，偏航控制器開始計時，這種角度偏差達到規(guī)定值時，認為風向改變。在風電機組工作時，如果偏航的角度過大，將使塔架的電纜發(fā)生纏繞，從而影響整個發(fā)電機組的正常工作。完成解纜。夾角。 偏航程序流程圖。為了使風力發(fā)電機發(fā)揮最大效能，吸收的功率最大，機艙必須準確對風；當風向改變時，偏航控制系統(tǒng)設(shè)定的旋轉(zhuǎn)角度與實際的角度的偏差超過允許誤差范圍時，系統(tǒng)會發(fā)出自動偏航指令，為使機艙準確對風，風力機上的傳感器以及偏航電機組成的對風系統(tǒng)執(zhí)行校正動作。若ASS＝00，偏航計時時間不超過偏轉(zhuǎn)360度所需時間時，控制偏航電機繼續(xù)運轉(zhuǎn)，直到ASS=00，向中心控制器發(fā)出自動偏航完成信號并復(fù)位自動偏航標志位。若DSS≠0，偏航計時時間不超過偏轉(zhuǎn)360度所需時間時，控制偏航電機繼續(xù)運轉(zhuǎn)，直到DSS=00，向中心控制器發(fā)出90度側(cè)風完成信號并復(fù)位90度側(cè)風標志位。若此時系統(tǒng)無偏航操作，封鎖自動偏航操作，若系統(tǒng)此時正在進行偏航，清除自動偏航控制標志；然后讀取人工偏航方向信號，判斷與上次人工偏航方向是否一致，若一致，松偏航閘，控制偏航電機運轉(zhuǎn)，執(zhí)行人工偏航；若不一致，停止偏航電機工作，保持偏航閘為松閘狀態(tài)，向相反方向進行運轉(zhuǎn)并記錄轉(zhuǎn)向，直到檢測到相應(yīng)的人工偏航停止信號出現(xiàn)，停止偏航電機工作，抱閘，清除人工偏航標志。不同的風力發(fā)電機需要解纜時的纏繞圈數(shù)都有其規(guī)定。 自動解纜包括計算機控制的凸輪自動解纜和紐纜開關(guān)控制的安全鏈動作計算機報警兩部分，以保證風電機組安全。紐纜開關(guān)控制的安全鏈保護；若凸輪控制的自動解纜未能執(zhí)行，則紐纜情況可能會更加嚴重，當紐纜達到極值圈數(shù)時（比如設(shè)定3圈），紐纜開關(guān)將動作，此開關(guān)動作將會觸發(fā)安全鏈動作，向中心控制器發(fā)出緊急停機信號和不可自復(fù)故障信號，等待進行人工解纜操作。而且模糊控制這種控制策略的適應(yīng)性和魯棒性非常良好。它已在風機控制領(lǐng)域得到了廣闊的運用。因為模糊控制系統(tǒng)非常適合用于非線性、時變及純滯后的系統(tǒng)，所以本論文關(guān)于風力發(fā)電機組的偏航控制系統(tǒng)選擇用模糊控制策略來研究。需要采集風向信號。 輸入輸出變量的模糊化根據(jù)模糊控制器的設(shè)計方法，選擇輸入變量e和ec的基本論域分別為[－15176。].輸出變量u基本域設(shè)置為[60，60]。、EC、U的隸屬度函數(shù)。If E is NB and EC is NB then U is NBIf E is NB and EC is NM then U is NB...If E is PB and EC is PM then U is PBIf E is PB and EC is PB then U is PB 糊控制規(guī)則表。本文研究的是變槳距風力發(fā)電機，當風速為10m/s的環(huán)境下工作時，風的壓力為130。 模糊控制仿真曲線 由仿真曲線可以看出，偏航系統(tǒng)在受到風向變化的擾動后，能夠盡快的恢復(fù)到平衡位置。 本章小結(jié) 本章只要介紹了風力發(fā)電機的偏航控制系統(tǒng)的組成，偏航控制的工作原理，根據(jù)偏航控制的工作原理給出來偏航控制的流程圖。Wincc可以為操作人員開發(fā)一種圖形界面，實現(xiàn)過程的可視化。而運行系統(tǒng)軟件可以及時的處理一些執(zhí)行項目。在使用wincc進行工作時，既可以打印出變量的過程值，還可以對變量的過程值進行歸檔。Wincc系統(tǒng)可以喝西門子的其他自動化系統(tǒng)十分協(xié)調(diào)的進行工作。已達到操作員的母的。具有高水平的創(chuàng)新和基于標準的長期產(chǎn)品策略。 監(jiān)控系統(tǒng)的設(shè)計和功能實現(xiàn) 風力發(fā)電機組偏航控制的組態(tài)監(jiān)控系統(tǒng)有以下幾個功能模塊組成： (1)風力發(fā)電機偏航控制運行主界面：在圖像編輯器上畫出系統(tǒng)運行時的主界面，并且可以對主界面編輯，當變量改變時，系統(tǒng)運行的狀態(tài)也會發(fā)生改變，顯示偏航過程的變化。方向的顯示。報警系統(tǒng)是給操作員提供出現(xiàn)故障和錯誤的消息，當系統(tǒng)運行時候出現(xiàn)故障率，發(fā)出報警型號。抱緊記錄運行系 統(tǒng)是消 息記錄的運行組態(tài)軟件啊。假如需要訪問某一歷史時刻的過程值，這些數(shù)據(jù)都存放在過程值的歸檔中，除了可以對歷史過程的數(shù)據(jù)進行訪問外，過程歸檔還有一個好處就是，它可以根據(jù)過程值得大小，判斷出系統(tǒng)是否組成運行。報表系統(tǒng)分為兩種，一個是報表中的組態(tài)數(shù)據(jù)，一個是報表中的運行系統(tǒng)數(shù)據(jù)?？梢灾痦摯蛴〕鰜恚瑲w檔報表中可以反映出，在某一個時刻下歸檔的所有消息。在STEP 7中，用項目來管理一個自動化系統(tǒng)的硬件和軟件。西門子STEP7目前的最新版本為STEP7 V11。1980 年，美國電器制造商協(xié)會對它做了如下定義：可編程控制器是一種帶有指令存儲器，數(shù)字或模擬輸入/輸出接口；以位運算為主；能夠完成邏輯、順序、定時、計數(shù)和算數(shù)運算的功能；面向機器或者生產(chǎn)過程的自動控制裝置。PLC 能適應(yīng)風電的惡劣環(huán)境，對于風電的穩(wěn)定、安全運行有了保障。S7200 PLC 的CPU 模塊共有五種基本規(guī)格：CPU22CPU22CPU22CPU22CPU224XP。CPU 模塊均集成 1 到 2 個串行通信接口，用于連接外部設(shè)備或組成 PLC 網(wǎng)絡(luò)體系。并介紹了選著這些軟件的原因，以及各自的功能。各個組成部分的作用： 偏航電動機：偏航電動機用于控制風輪的轉(zhuǎn)向，當風力發(fā)電系統(tǒng)中的風輪軸線與風向出現(xiàn)一定的偏差角度時，風向傳感器檢測到偏差角度的信號，控制系統(tǒng)發(fā)出命令，控制偏航電機的啟動，偏航電機調(diào)整風輪的對風方向，最終達到風輪準確對準風向的母的。傳感器：風力發(fā)電機機組必定裝備著風向傳感器和風速傳感器。S7200是一種小型可編程邏輯控制器，有功能模塊與 I/O 口的擴展。在本文中，系統(tǒng)所需開關(guān)量輸入點數(shù)為 11 ，開關(guān)量輸出點數(shù)為 11 ，模擬量輸入點數(shù)為 4 ，模擬量輸出點數(shù)為 2 。PLC：西門子S7200帶模擬量模塊EM235；混合模塊。 θ 0176。 θ 180176。流程圖如下： 自動解纜流程圖 如果風力發(fā)電機多次向同一方向轉(zhuǎn)動，就會造成電纜纏繞，絞死，甚至絞斷，因此必須設(shè)法解纜。其中，A~H為臨時變量。對由風向儀提供的模擬量進行轉(zhuǎn)化，得到介于180186。并在下一段程序中進行歸算。當機艙小于零時，對偏航角歸算至180186。 ~8 186。將風向角與偏航角相減，得到對風角θ。180時， 順時針偏航：180θ163。接近開關(guān)A、B的信號輸入。分別記錄AB信號一個周期內(nèi)的四個狀態(tài)。若機艙偏航角與風向角相差5 186。達到額定轉(zhuǎn)速，并發(fā)出并網(wǎng)信號。若限位開關(guān)動作，屏蔽自動對風程序。 設(shè)計中通過風向標、風速儀檢測風向、風速，并將檢測到的風速、風向信號送到PLC中，PLC通過計算風向信號與機艙位置的夾角，從而確定是否需要調(diào)整機艙方向以及朝哪個方向調(diào)整能盡快對準風向。，為避免造成電纜纏繞，絞死，甚至絞斷 。在經(jīng)歷了兩周多的閱讀論文后，終于對所研究的風力發(fā)電偏航控制系統(tǒng)有了一定的了解，知道了改怎么去做畢業(yè)設(shè)計。得到了很好的仿真結(jié)果。在對偏航控制系統(tǒng)的控制過程研究以后，用step7編寫plc程序。風能將會人類社會的發(fā)展提供能源供應(yīng)，造福于人類。隨著研究的深入，風力發(fā)電技術(shù)日趨成熟。風力發(fā)電機組變槳距控制方法研究. 農(nóng)業(yè)工程學報. 2008,24（5）：[20]石辛民，郝整清，模糊控制及其MATLAB仿真[M].清華大學出版社,2008[21] 樸海國,—VHC 研究[J].太陽能學報,2008，29（8）：。風能與電網(wǎng)之間的平衡，可以通過積極控制發(fā)電機的轉(zhuǎn)速和槳距角，從而調(diào)整風力發(fā)電的輸出。與不同進行模擬風的速度和負載條件下，結(jié)果表明，適當?shù)乃岢龅目刂品桨傅牟僮鳌＿@一級別的風穿透證明當前的效用實踐思考DGS作為規(guī)劃的負負載經(jīng)營策略。在這種情況下，當風力發(fā)電成為電力系統(tǒng)的一個重要部分，甚至唯一的能量來源，風力發(fā)電機及其轉(zhuǎn)換器將有助于維持電網(wǎng)電壓頻率，就像一個傳統(tǒng)的同步操作發(fā)生器（SG）。在[本文研究了幾種進口問題的風發(fā)電機在弱電網(wǎng)系統(tǒng)或單機操作隨著全功率變流器的拓撲結(jié)構(gòu)和系統(tǒng)直接驅(qū)動永磁發(fā)電機（PMG）所示圖1。此外，該模型與控制方法電網(wǎng)側(cè)逆變器（負荷）作為一個電壓源。所提出的控制試計劃在不同的負載和風速的條件下，通過仿真