【正文】 參考文獻(xiàn)1．[J]，船電技術(shù)2005年第5期，2363.2．[J]，工程建設(shè)與設(shè)計，1995年第5期，5478.3．[J]，測試技術(shù)學(xué)報，1997，23（4），5255.4．[M]，北京：國防工業(yè)出版，2000，154177.5．[M]，北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2002，4060.6．〔J〕，北京：機(jī)電工程，1999年第5期，4589.7．〔J〕，北京：，1067.8．[M]，北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2004年，187265.9．[M]，北京：科學(xué)出版社，2000年，345440.10．[M]，廣州：華南理工大學(xué)出版社，2001年2月第一版，170294.11．[J]，太陽能學(xué)報，2000年第5期.12．[D]，北京：科技大學(xué)博士學(xué)位論文，2004.13．[M]，機(jī)電工程，2003，210267.14．[J]，電氣時代，2006，1620.致謝在本論文即將結(jié)束時，我真心感謝很多給與我學(xué)習(xí)和生活關(guān)懷幫助的人。轉(zhuǎn)矩控制技術(shù)的研究能夠提高風(fēng)力發(fā)電機(jī)組運行的安全和可靠性，對于我國風(fēng)電事業(yè)的發(fā)展具有很大意義。而直接檢測轉(zhuǎn)矩方法，測量精度很高，轉(zhuǎn)矩的控制也很精確實現(xiàn)了瞬時控制。 S7—200微型PLCSiemens公司提供多種類型的CPU以適應(yīng)各種應(yīng)用。（3）過程控制（4）數(shù)據(jù)處理（5）通信與聯(lián)網(wǎng)3．PLC的基本組成 PLC實際上是一種工業(yè)控制計算機(jī)，只不過它比一般的計算機(jī)具有更強(qiáng)的與工業(yè)過程相連接的接口和更直接的適應(yīng)于控制要求的編程語言，故PLC與計算機(jī)的組成相似。（5）維修方便、維修工作量小。 接近開關(guān)在風(fēng)力機(jī)上的安裝位置 PLC的簡介可編程控制器（programmable controller）縮寫為PC，為和個人計算機(jī)相區(qū)別，把可編程控制器縮寫為PLC。二、這種開關(guān)是將熱釋電器件安裝在開關(guān)的檢測面上，當(dāng)有與環(huán)境溫度不同的物體接近時，熱釋電器件的輸出便變化，由此便可檢測出有物體接近。當(dāng)有物體移向接近開關(guān)時，不論它是否為導(dǎo)體，由于它的接近，總要使電容的介電常數(shù)發(fā)生變化，從而使電容量發(fā)生變化，使得和測量頭相連的電路狀態(tài)也隨之發(fā)生變化，由此便可控制開關(guān)的接通或斷開。 這種開關(guān)有時也叫電感式接近開關(guān)。為此，在工控中就有每次操作先找參考點，開機(jī)找零等方法。 數(shù)據(jù)輸出 三相電壓Ua,Ub,Uc；三相電流Ia、Ib、Ic的真有效值；頻率F；有功功率P，無功功率Q，功率因數(shù)PF，每相有功功率Pa,Pb,Pc,有功電度。當(dāng)所檢測的轉(zhuǎn)矩小于額定轉(zhuǎn)矩時，系統(tǒng)正常運行；，輸出報警信號；，輸出變槳距控制信號，控制槳距角，從而實現(xiàn)降低轉(zhuǎn)矩的功能。定時器/計數(shù)器TZ設(shè)定為外部脈沖記數(shù)方式，每秒讀取T2計數(shù)器的值，就可測出發(fā)電機(jī)的實時轉(zhuǎn)速。編碼器編碼器是把角位移或直線位移轉(zhuǎn)換成電信號的一種裝置。直接測量轉(zhuǎn)速的常用方法有：測速發(fā)電機(jī)測量法、斷電器測量、光電脈沖測量、編碼器及接近開關(guān)等。 應(yīng)變片的實物安裝圖電阻應(yīng)變計俗稱電阻應(yīng)變片，簡稱應(yīng)變計（Strain Gauge），是一種能將被測試件的應(yīng)變量轉(zhuǎn)換成電阻變化量的敏感元件。轉(zhuǎn)矩測量方法按照基本原理劃分為三類：傳遞法（扭軸法）、平衡力法（反力法）及能量轉(zhuǎn)換法。不做變化，發(fā)電機(jī)的功率隨風(fēng)速而變化。在本章的第5小節(jié)有詳細(xì)介紹。不產(chǎn)生力矩。在槳葉節(jié)距角β=0176。 變槳距風(fēng)力發(fā)電機(jī)特性曲線（CpTSR）對節(jié)距角β和尖速比λ在大范圍內(nèi)取值計算，可以畫出變槳距風(fēng)力機(jī)特性曲線(Cp TSR)。 變槳距控制機(jī)構(gòu)主要分為統(tǒng)一槳葉控制和獨立槳葉控制，其中統(tǒng)一槳葉控制主要使用液壓方案，獨立槳葉控制主要使用電機(jī)方案。 失速功率調(diào)節(jié)方式機(jī)組的葉片是固定在輪毅上，不能改變節(jié)距角，通過失速型葉片自身的失速特性來實現(xiàn)功率調(diào)節(jié)。 Tm一從轉(zhuǎn)動軸傳遞給剛性齒輪的扭矩，風(fēng)輪轉(zhuǎn)矩與功率之間的關(guān)系為: （23）(2)傳動系統(tǒng)動態(tài)特性風(fēng)輪將風(fēng)的動能轉(zhuǎn)換成風(fēng)輪軸上的機(jī)械能，然后這個能量要變成所需要的電能，而電能由高速旋轉(zhuǎn)的發(fā)電機(jī)來產(chǎn)生。 旋轉(zhuǎn)槳葉的氣流速度及受力情況盡管如此，由于風(fēng)速是在經(jīng)常變化的，風(fēng)速的變化也將導(dǎo)致攻角的變化。 (2)轉(zhuǎn)動情況下葉片的受力 假設(shè)在理想狀態(tài)下，風(fēng)速與風(fēng)輪旋轉(zhuǎn)面保持垂直，當(dāng)風(fēng)輪在某個風(fēng)速V下以角速度為ω穩(wěn)定轉(zhuǎn)動時，則取葉片上距轉(zhuǎn)軸中心r處一小段葉片元(葉素)為研究對象，來流風(fēng)速V與該葉片元繞輪毅軸向線速度ωr的矢量和即為此葉片元相對氣流的速度。其缺點是結(jié)構(gòu)比較復(fù)雜，故障率相對較高，設(shè)備價格也相對升高。 (3)變槳距調(diào)節(jié)型風(fēng)力發(fā)電機(jī)風(fēng)力機(jī)依據(jù)風(fēng)速的大小，改變輪毅上槳葉節(jié)距角的大小，調(diào)節(jié)發(fā)電機(jī)在高風(fēng)階段的輸出輸出功率，降低風(fēng)力劇變對風(fēng)力機(jī)的沖擊。 控制系統(tǒng)是風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的中樞，由它完成機(jī)組的所有工作過程，并提供人機(jī)接口和遠(yuǎn)方監(jiān)控的接口。 風(fēng)力發(fā)電機(jī)類型(1)水平軸風(fēng)力機(jī) 水平軸風(fēng)力機(jī)的風(fēng)輪軸與地面呈水平狀態(tài)，風(fēng)力機(jī)運行時，風(fēng)輪的旋轉(zhuǎn)平面垂至于風(fēng)向， (a)所示。由于功率輸出是由槳葉自身的性能來限制，槳葉的節(jié)距角在安裝時就已確定。六：剎車系統(tǒng)其功能是當(dāng)風(fēng)力機(jī)需要停止運轉(zhuǎn)或在大風(fēng)時使風(fēng)力機(jī)停止運轉(zhuǎn)以達(dá)到維修或保護(hù)風(fēng)力機(jī)的目的。當(dāng)達(dá)到其規(guī)定的解纜圈數(shù)時，系統(tǒng)應(yīng)自動解纜，此時啟動偏航電機(jī)向相反方向轉(zhuǎn)動纏繞圈數(shù)解纜，將機(jī)艙返回電纜無纏繞位置。由于繞線式異步發(fā)電機(jī)有滑環(huán)電刷，這種摩擦接觸式結(jié)構(gòu)在風(fēng)力發(fā)電惡劣的運行環(huán)境中較易出現(xiàn)故障。增速箱的低速軸接槳葉，高速軸聯(lián)接發(fā)電機(jī)。 圖21 風(fēng)力發(fā)電機(jī)組結(jié)構(gòu)總圖在風(fēng)力發(fā)電機(jī)正常運行過程中，風(fēng)用在槳葉上產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)力矩使其轉(zhuǎn)動，由此變成機(jī)械能，進(jìn)而通過其他機(jī)械結(jié)構(gòu)如增速齒輪箱驅(qū)動發(fā)電機(jī)發(fā)電。當(dāng)功率超過額定功率時，變槳距機(jī)構(gòu)開始工作，調(diào)節(jié)葉片節(jié)距角，將發(fā)電機(jī)的輸入功率限制在額定值附近。同時，發(fā)電機(jī)本身也存在低負(fù)荷時的效率問題，盡管目前用于風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的發(fā)電機(jī)已能設(shè)計的非常理想，它們在P30%額定功率范圍內(nèi)，均有高于90%的效率，但當(dāng)功率P25%額定功率時，效率仍然會急劇下降。（1）定槳距失速調(diào)節(jié)技術(shù)定槳距風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的槳葉節(jié)距角和轉(zhuǎn)速都是固定不變的，這一限制，使得風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的功率曲線上只有一點具有最大功率系數(shù)，這一點對應(yīng)于某一個葉尖速比。從理論上說，僅美國北達(dá)科他一個州的風(fēng)力發(fā)電量就可滿足美國1/3的電力供應(yīng)。全球風(fēng)力發(fā)電風(fēng)起云涌，方興未艾，呈現(xiàn)出一派欣欣向榮之勢。聯(lián)邦政府和加利福尼亞州政府對可再生能源的投資者分別減免了25%的稅賦，規(guī)定有效期到1985年底，另外立法還規(guī)定電力公司必須得收購風(fēng)電，并且價格應(yīng)是長期穩(wěn)定的。從各國的風(fēng)力發(fā)電政策看，目前風(fēng)電機(jī)組成本仍比較高，但隨著生產(chǎn)批量的增大和技術(shù)的進(jìn)一步改進(jìn)，成本將會繼續(xù)下降 () 。而海岸線附近的海域風(fēng)能資源豐富，風(fēng)力強(qiáng)，風(fēng)速均勻，可大面積采獲能量，適合大規(guī)模開發(fā)風(fēng)電。從2010年到2020年，我國將掌握自主知識產(chǎn)權(quán)的兆瓦級風(fēng)電機(jī)組的設(shè)計和制造技術(shù)。目前，可再生能源規(guī)模只有8%。1976年我國第一臺國產(chǎn)18kW風(fēng)力發(fā)電機(jī)組并人浙江省泗礁島電網(wǎng)試運行，1983年山東榮城引進(jìn)3臺Vestas55kW風(fēng)力發(fā)電機(jī)組，1986年新疆達(dá)板城安裝1臺Micon100kW風(fēng)力發(fā)電機(jī)組，1989年新疆達(dá)板城安裝13臺Bonus150kW風(fēng)力發(fā)電機(jī)組，內(nèi)蒙古朱日和安裝5臺美國Windpower100kW風(fēng)力發(fā)電機(jī)組。 2002~2007年全國風(fēng)電總裝機(jī)容量中國的風(fēng)電資源不僅豐富，而且分布基本均勻。中國溫室氣體排放量約占全世界總排放量的13％，僅次于美國之后居世界第二位。風(fēng)電最大缺點是不穩(wěn)定，大量建設(shè)風(fēng)電會給電網(wǎng)調(diào)度帶來困難，需要統(tǒng)一的電網(wǎng)進(jìn)行管理和調(diào)度。對于單機(jī)獨立運行的風(fēng)力發(fā)電機(jī)組，要保證不間斷地供電，必須配備相應(yīng)的儲能裝置。風(fēng)力發(fā)電既有效地利用了自然資源，又保護(hù)了自然環(huán)境，還解決了偏遠(yuǎn)地區(qū)人們的用電需求。風(fēng)能是太陽能的一種轉(zhuǎn)換形式，是一種重要的自然能源。由于化石資源的日益枯竭和人類對全球環(huán)境惡化的倍加關(guān)注，風(fēng)能作為取之不盡、用之不竭的清潔綠色能源已深受全世界的重視。 風(fēng)能能源危機(jī)以來，人們的綠色環(huán)保意識的加強(qiáng)，世界風(fēng)電事業(yè)迅速發(fā)展，裝機(jī)容量迅速增加，風(fēng)電產(chǎn)業(yè)不斷擴(kuò)大。因此從宏觀上看，我國具備大規(guī)模發(fā)展風(fēng)力發(fā)電的資源條件。風(fēng)能屬于過程性能源，具有隨機(jī)性、間歇性、不穩(wěn)定性，風(fēng)速和風(fēng)向經(jīng)常變動，它們對風(fēng)力發(fā)電機(jī)的工況影響很大。顯然，要提高風(fēng)輪的出力，只有靠增大風(fēng)輪的半徑，或裝在風(fēng)速較大的地點。中國人口占世界總?cè)丝诘?0％，己探明的煤炭儲量占世界儲量的11％、％、％，人均能源資源占有量不到世界平均水平的一半，石油僅為十分之一。風(fēng)力發(fā)電作為我國電力結(jié)構(gòu)中的新型分布式供電系統(tǒng)，以其靈活、實用的方式，為經(jīng)濟(jì)發(fā)展注入活力，取得了可觀的經(jīng)濟(jì)效益和巨大的社會效益。 國家發(fā)改委日前(9月4日)發(fā)布《可再生能源中長期發(fā)展規(guī)劃》。 國外風(fēng)力發(fā)電的發(fā)展概況及前景1973年發(fā)生石油危機(jī)以后，西方發(fā)達(dá)國家為尋求替代石化燃料的能源，在風(fēng)力發(fā)電技術(shù)的研究與應(yīng)用上投入了相當(dāng)大的人力和資金，充分綜合利用空氣動力學(xué)、新材料、新型電機(jī)、電力電子技術(shù)、計算機(jī)、自動控制及通信技術(shù)等方面的最新成果，開創(chuàng)了風(fēng)能利用的新時期。丹麥風(fēng)電技術(shù)也很先進(jìn)。丹麥風(fēng)電技術(shù)的發(fā)展策略是政府不直接支持制造廠商，而是對購買風(fēng)電機(jī)組的用戶提供補(bǔ)貼。美國風(fēng)能協(xié)會日前發(fā)表的最新年度報告指出，美國風(fēng)力發(fā)電新增裝機(jī)容量連續(xù)3年排名世界第一，2007年美國風(fēng)力發(fā)電的新增裝機(jī)容量達(dá)5244兆瓦，較上年增加45%，占當(dāng)年美國新增裝機(jī)發(fā)電總?cè)萘康?0%。全球風(fēng)能資源蘊(yùn)藏量巨大，其中可利用的風(fēng)能為2000萬兆瓦，比地球上可開發(fā)利用的水能總量還要大10倍。所以，也許對于風(fēng)能來說，現(xiàn)在的一切只不過是剛剛開始。變漿距風(fēng)力發(fā)電機(jī)組 定漿距風(fēng)力發(fā)電機(jī)組 變漿距和定漿距調(diào)節(jié)特性這種方式調(diào)節(jié)簡單可靠，控制大大簡化。變槳距風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的功率調(diào)節(jié)不完全依靠葉片的氣動性能。這時隨著風(fēng)速的升高，槳葉開始失速，功率反而有所下降。由于葉尖部分處于距離軸的最遠(yuǎn)點，整個葉片作為一個長的杠桿，擾流器產(chǎn)生的氣動阻力相當(dāng)高，足以使風(fēng)力機(jī)在幾乎沒有任何磨損的情況下迅速減速，這一過程即是槳葉空氣動力剎車。同時在齒輪箱的使用中，應(yīng)根據(jù)使用地點的不同添加潤滑油冷卻或加溫機(jī)構(gòu)，以確保齒輪箱的潤滑，增加其使用壽命。由于風(fēng)向的不確定性，風(fēng)力發(fā)電機(jī)就需要經(jīng)常偏航對風(fēng)，而且偏航的方向也是不確定的，由此引起的后果是電纜會隨風(fēng)力發(fā)電機(jī)的轉(zhuǎn)動而扭轉(zhuǎn)。首先松偏航閘，封鎖傳感器故障的報告，當(dāng)需要解纜且記錄數(shù)字為負(fù)時，控制偏轉(zhuǎn)電機(jī)正轉(zhuǎn)，當(dāng)需要解纜且記錄數(shù)字為正時，控制偏轉(zhuǎn)電機(jī)反轉(zhuǎn)。八：控制系統(tǒng)與一般工業(yè)控制過程不同，風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的控制系統(tǒng)是綜合性控制系統(tǒng)。此時的液壓系統(tǒng)不再是簡單的執(zhí)行機(jī)構(gòu)，它自身已組成閉環(huán)控制系統(tǒng)，采用了電液比例閥或電液伺服閥，使控制系統(tǒng)的水平提高到一個新的階段。上風(fēng)向風(fēng)力機(jī)需要有對風(fēng)機(jī)構(gòu)，而下風(fēng)向風(fēng)力機(jī)在風(fēng)的作用下自動對準(zhǔn)風(fēng)向。垂直軸風(fēng)力機(jī)主要分為兩個主要類別：一是利用空氣動力的阻力做功的S型風(fēng)輪，二是利用翼形升力做功的(Darrieus)型風(fēng)力機(jī)。位置不變；第三階段，當(dāng)發(fā)電機(jī)輸出功率到達(dá)額定后，變槳距系統(tǒng)即根據(jù)輸出功率的變化調(diào)整節(jié)距角的大小，使風(fēng)力機(jī)在風(fēng)速高于額定風(fēng)速運行時，發(fā)電機(jī)的輸出功率基本保持不變。風(fēng)力機(jī)在偏航系統(tǒng)控制下，保持風(fēng)輪軸向與風(fēng)向一致?？紤]到風(fēng)輪旋轉(zhuǎn)時，葉片不同位置處繞軸心線速度不同，在相同風(fēng)速下，相同的安裝角在不同的位置對風(fēng)形成的攻角a都將不同。 ωr一風(fēng)輪轉(zhuǎn)動的角速度，rad/s。(3)發(fā)電機(jī)本設(shè)計中所涉及到的發(fā)電機(jī)為繞線式三相異步發(fā)電機(jī)，因此是通過改變定子電壓而改變發(fā)電機(jī)反力矩和轉(zhuǎn)速來實現(xiàn)變速的。 對于變槳距風(fēng)力發(fā)電機(jī)，當(dāng)風(fēng)速超過額定風(fēng)速時，發(fā)電機(jī)組的出力會始終保持在一個接近理想化的水平，提高了發(fā)電效率。在風(fēng)速變化頻繁，連續(xù)頻繁地調(diào)節(jié)槳葉時，電機(jī)將產(chǎn)