【正文】 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(dòng)特性，使槳葉和整機(jī)的受力狀況大為改善，其最重要的應(yīng)用是功率調(diào)節(jié)。在發(fā)電機(jī)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(jī)轉(zhuǎn)速信號(hào)控制。當(dāng)轉(zhuǎn)速在同步轉(zhuǎn)速附近保持一定時(shí)間后，發(fā)電機(jī)即并入電網(wǎng)[14]。發(fā)電機(jī)增速器風(fēng)輪變槳結(jié)構(gòu)槳距控制器功率控制器功率給定發(fā)電機(jī)功率 圖24 變槳控制額定功率運(yùn)行狀態(tài)框圖 主控制PLC結(jié)構(gòu)與特點(diǎn)PLC是一種專門在工業(yè)環(huán)境下應(yīng)用而設(shè)計(jì)的數(shù)字運(yùn)算操作的電子裝置。它按照PLC系統(tǒng)程序賦予的功能接收并存儲(chǔ)從編程器鍵入的用戶程序和數(shù)據(jù)；檢查電源、存儲(chǔ)器、I/O以及警戒定時(shí)器的狀態(tài)，并能診斷用戶程序中的語(yǔ)法錯(cuò)誤?，F(xiàn)場(chǎng)輸出接口電路由輸出數(shù)據(jù)寄存器、選通電路和中斷請(qǐng)求電路集成，作用PLC通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)輸出接口電路向現(xiàn)場(chǎng)的執(zhí)行部件輸出相應(yīng)的控制信號(hào)。PLC的運(yùn)用能夠做到在線修改程序，改變控制的方案而無(wú)需拆開機(jī)器設(shè)備， 大大縮短了傳統(tǒng)控制設(shè)備的安裝和維修時(shí)間。為適應(yīng)工作現(xiàn)場(chǎng)的惡劣環(huán)境，還采用密封、防塵、抗震的外殼封裝結(jié)構(gòu)。對(duì)使用者來(lái)說(shuō)，即使不需要具備計(jì)算機(jī)的專門知識(shí)，也能快速上手，更易于為工程技術(shù)人員接受[19]。偏航驅(qū)動(dòng)裝置包括偏航電機(jī)和偏航減速齒輪機(jī)構(gòu)。 風(fēng)速風(fēng)向傳感器 風(fēng)向風(fēng)速信號(hào)作為偏航控制系統(tǒng)中最關(guān)鍵的輸入信號(hào)，對(duì)其準(zhǔn)確的測(cè)量將影響整個(gè)控制系統(tǒng)的性能。固定在支架上或互成90176。圖32 　風(fēng)速傳感器結(jié)構(gòu)原理圖 風(fēng)向的測(cè)量風(fēng)向標(biāo)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(duì)稱的平衡裝置。 圖33　風(fēng)向傳感器結(jié)構(gòu)原理圖 偏航保護(hù)有時(shí)機(jī)艙可能長(zhǎng)時(shí)間向一個(gè)風(fēng)向偏航數(shù)圈，這樣會(huì)造成電纜的纏繞，如果旋轉(zhuǎn)過(guò)多圈，電纜將會(huì)損壞。以PLC為控制單位設(shè)計(jì)了偏航系統(tǒng)電路圖，該線路設(shè)計(jì)考慮到了左右偏航驅(qū)動(dòng)互鎖、手自動(dòng)切換、左右偏航極限位置保護(hù)。時(shí)，需要啟動(dòng)自動(dòng)解纜控制程序，通過(guò)偏航調(diào)節(jié)使整個(gè)機(jī)艙回轉(zhuǎn)1080176。開始延時(shí)自動(dòng)偏航人工偏航自動(dòng)解纜 N N 執(zhí)行人工偏航執(zhí)行自動(dòng)解纜 Y Y Y執(zhí)行自動(dòng)偏航 結(jié)束圖42 偏航程序流程圖此處先定義風(fēng)向角和偏航角：風(fēng)向角 α 的范圍是180176。~1080176。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(duì)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(huì)隨風(fēng)力發(fā)電機(jī)的轉(zhuǎn)動(dòng)而扭轉(zhuǎn)。利用兩個(gè)位置傳感器錯(cuò)開安裝的方式，安裝示意圖如圖44所示圖44 位置傳感器的安裝示意圖當(dāng)位置傳感器A和B掃描一個(gè)齒時(shí)，A和B的狀態(tài)會(huì)發(fā)生變化。確定了如何判斷繞纜方向后，利用公式（42）計(jì)算扭纜角度： （43）式中，α為紐纜的角度；β為公式（48）所算得的傳感器精度[27]。為了確定電機(jī)的轉(zhuǎn)向使風(fēng)力機(jī)轉(zhuǎn)過(guò)最小路徑，即偏航時(shí)間最短，需要設(shè)計(jì)偏航算法。之間（用γ0表示），再與風(fēng)向角進(jìn)行計(jì)算比較，以確定風(fēng)機(jī)偏航對(duì)風(fēng)的方向。 θ 0176。 θ 180176。），風(fēng)電機(jī)組將執(zhí)行偏航對(duì)風(fēng)，當(dāng)此角度達(dá)到設(shè)定角度（1176。模擬量輸入接受到這些標(biāo)準(zhǔn)模擬量信號(hào)后，通過(guò)ADC轉(zhuǎn)換為與模擬量成正比例的數(shù)字量信號(hào)，并存放在緩沖器（PIW）中。因?yàn)樵陲L(fēng)速風(fēng)向傳感器會(huì)將數(shù)據(jù)以電流的形式傳送給PLC進(jìn)行處理，所以本設(shè)計(jì)中，將用到功能FC105實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)之間的轉(zhuǎn)化。θ163。當(dāng)風(fēng)速達(dá)到切入風(fēng)速時(shí)，剎車松開。 Y N 屏蔽自動(dòng)偏航子程序 Y 執(zhí)行偏航解纜程序 主程序流程圖主程序見附錄四。S7PLCSIM軟件主要具有以下特點(diǎn)：（1） S7PLCSIM可模擬S7控制器的存儲(chǔ)器區(qū)域。（6） 同真實(shí)的CPU模塊一樣，在S7PLCSIM中可以改變CPU的運(yùn)行模式。（2）脈沖計(jì)數(shù)。所以按以下步驟進(jìn)行實(shí)驗(yàn)。風(fēng)向角為30176。順時(shí)針?lè)?76。160176。8176?，F(xiàn)將本文的工作成果及所獲得的結(jié)論總結(jié)如下：（1）目前我國(guó)針對(duì)風(fēng)力發(fā)電的研究主要局限在電氣方面的研究，而對(duì)于風(fēng)力發(fā)電機(jī)的機(jī)械部分少有涉及。根據(jù)風(fēng)電機(jī)組電控系統(tǒng)對(duì)偏航控制系統(tǒng)的其他功能要求， 完成了基于PLC的軟件設(shè)計(jì)。所以每有一個(gè)狀態(tài)響應(yīng)， 186。當(dāng)機(jī)艙小于零時(shí)，對(duì)偏航角歸算至180186。將風(fēng)向角與偏航角相減，得到對(duì)風(fēng)角θ。（2）風(fēng)向角計(jì)算對(duì)由風(fēng)向儀提供的模擬量進(jìn)行轉(zhuǎn)化，得到介于180186。所以每有一個(gè)狀態(tài)響應(yīng)，則對(duì)偏航角加上或減去2 186。、KM2，控制偏航電機(jī)正反轉(zhuǎn)。人不可能靠投機(jī)取巧成功的。不要說(shuō)畢業(yè)設(shè)計(jì)是垃圾，不要說(shuō)這些東西你以后用不到。、。 當(dāng)機(jī)艙逆時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，偏航角減小。0θ163。若是，則結(jié)束自動(dòng)對(duì)風(fēng)程序，無(wú)需對(duì)風(fēng)。~180186。當(dāng)機(jī)艙逆時(shí)針解纜時(shí)，偏航角減小。同時(shí)也給出了具體解決方案，如在偏航系統(tǒng)中加入了一個(gè)算法，當(dāng)計(jì)算出機(jī)艙與風(fēng)向的夾角后，系統(tǒng)能確認(rèn)運(yùn)動(dòng)的最短路徑，然后才驅(qū)動(dòng)電機(jī)對(duì)風(fēng)，從而為系統(tǒng)節(jié)約能源。后者則多用大型并網(wǎng)型風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)，由位于下風(fēng)向的風(fēng)向標(biāo)發(fā)出的信號(hào)進(jìn)行主動(dòng)對(duì)風(fēng)控制。同時(shí)，程序也存在一些問(wèn)題，需要進(jìn)一步的完善，如對(duì)風(fēng)不夠精確。逆時(shí)針?lè)?76。390176。風(fēng)向角為160176。當(dāng)偏航超過(guò)1080176。這段模擬程序必須滿足下列條件。（5） 可以選擇定時(shí)器自動(dòng)運(yùn)行，或者手動(dòng)置位/撫慰。另外，S7PLCSIM可供布局給硬件設(shè)備的讀者在學(xué)習(xí)時(shí)使用。否則進(jìn)行偏航對(duì)風(fēng)。 順時(shí)針偏航對(duì)風(fēng)逆時(shí)針偏航對(duì)風(fēng)逆時(shí)針偏航對(duì)風(fēng)順時(shí)針偏航對(duì)風(fēng)延時(shí)延時(shí)延時(shí)延時(shí)夾角θ在允許范圍內(nèi) Y記錄當(dāng)前位置圖46 自動(dòng)對(duì)風(fēng)控制子程序流程圖自動(dòng)對(duì)風(fēng)子程序見附錄三。θ360176。K2K1)(HI_LIMLO_LIM)]+LO_LIM常數(shù)KK2的值取決與輸入值（IN）的極性。模擬值輸入模塊用于將輸入的模擬量信號(hào)轉(zhuǎn)換成為CPU內(nèi)部處理的數(shù)字信號(hào)；模擬量輸出模塊用于將CPU送給它的數(shù)字信號(hào)轉(zhuǎn)換成相應(yīng)比例的電壓信號(hào)或電流信號(hào)，對(duì)執(zhí)行機(jī)構(gòu)進(jìn)行調(diào)節(jié)或控制。 θ 360176。將以上分析匯總出偏航方向判別表，見表42，其中: n 為扭纜的圈數(shù),可以通過(guò)計(jì)數(shù)傳感器進(jìn)行測(cè)量取整數(shù)。 θ 180176?？刂扑惴ǎ簩⑵浇菤w算到180176。 N 解纜結(jié)束 記錄當(dāng)前位置圖45 自動(dòng)解纜子程序流程圖自動(dòng)解纜程序見附錄二。偏航齒輪有126個(gè)齒，當(dāng)位置傳感器A對(duì)準(zhǔn)偏航齒輪一個(gè)齒的齒頂，位置傳感器B對(duì)準(zhǔn)同一個(gè)齒的齒底，此時(shí)位置傳感器A輸出為高電平，位置傳感器B輸出為低電平，將一個(gè)齒分為四種狀態(tài)，則偏航齒輪的狀態(tài)數(shù)計(jì)算可得： 1264=504個(gè) （41）位置傳感器精度為： （42）通過(guò)兩個(gè)位置傳感器的錯(cuò)位安裝，可得此時(shí)精度小于1176。無(wú)論是自動(dòng)對(duì)風(fēng)程序還是自動(dòng)解纜程序，對(duì)機(jī)艙位置的記錄都是不可或缺的一部分。 人工偏航控制人工偏航是指當(dāng)風(fēng)力發(fā)電機(jī)自動(dòng)偏航失效、人工解纜或者是在需要維修和時(shí)，通過(guò)人工送命令來(lái)控制風(fēng)力發(fā)電機(jī)偏航的操作。方向。為了實(shí)現(xiàn)這樣的伺服控制，通過(guò)對(duì)整個(gè)偏航系統(tǒng)的控制過(guò)程進(jìn)行分析。在風(fēng)電機(jī)組工作時(shí)，如果向一個(gè)方向偏航的角度過(guò)大，將使由機(jī)艙引入塔架的各類電纜發(fā)生纏繞，影響整個(gè)發(fā)電機(jī)組的正常工作。電路設(shè)計(jì)見附錄一。測(cè)量范圍為0～360176。轉(zhuǎn)盤有多個(gè)齒度,發(fā)光管LED 發(fā)射的光束因磁盤的轉(zhuǎn)動(dòng)而被切割,光電三極管即產(chǎn)生脈沖輸出。風(fēng)電機(jī)組上常常采用的是風(fēng)杯風(fēng)速計(jì)，它的優(yōu)點(diǎn)在于它與風(fēng)向無(wú)關(guān)。偏航系統(tǒng)通過(guò)齒輪減速器得到合適的輸出轉(zhuǎn)速和扭矩，由于偏航速度很慢，減速器傳動(dòng)比很大，通常在1：1000左右，因此采用多級(jí)減速器，一般采用二到三級(jí)平行軸斜齒輪減速器和兩級(jí)行星減速器組合而成（BONUS和NEGMicon機(jī)組采用這種機(jī)構(gòu)）。機(jī)械驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)包括：1偏航軸承、2偏航驅(qū)動(dòng)裝置、3偏航制動(dòng)器。PLC是面向工礦企業(yè)的工控設(shè)備，接口容易。另外使輸入/輸出接口電路的電源彼此獨(dú)立，以免電源之間的干擾。（3）安裝簡(jiǎn)單，容易檢修。存放應(yīng)用軟件的存儲(chǔ)器稱為用戶程序存儲(chǔ)器。為PLC的CPU和24V直流負(fù)載電路提供電源?？刂菩盘?hào)的給定值是恒定的，即額定功率。方向打開，直到發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)速上升到同步轉(zhuǎn)速附近，變槳距系統(tǒng)才開始投入工作。當(dāng)風(fēng)速達(dá)到啟動(dòng)風(fēng)速時(shí)，槳葉向0176。緊急順槳的速度由二個(gè)節(jié)流閥171和172控制并限制到約9176。電磁閥211斷電時(shí)，先導(dǎo)管路壓力油排放到油箱；先導(dǎo)止回閥24 不再保持在雙向打開位置，但仍然保持止回閥的作用，只允許壓力油流進(jìn)缸筒。點(diǎn)劃線內(nèi)是帶控制放大器的比例閥，設(shè)有內(nèi)部LVDT反饋。液壓泵由壓力傳感器12的信號(hào)控制。當(dāng)需要停機(jī)時(shí)，兩回路中的常開電磁閥先后失電，葉尖擾流器一路壓力油被泄回油箱，葉尖動(dòng)作；稍后，機(jī)械剎車一路壓力油進(jìn)入剎車油缸，驅(qū)動(dòng)剎車夾鉗，使葉輪停止轉(zhuǎn)動(dòng)。同時(shí)主控制器發(fā)出指令驅(qū)動(dòng)偏航電機(jī)，以調(diào)整機(jī)艙的方向，達(dá)到對(duì)準(zhǔn)風(fēng)向的目的[11]。由于小型風(fēng)力機(jī)的結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、體型較小，它 常用尾翼作為調(diào)向機(jī)構(gòu)。在今后的幾十年內(nèi)，國(guó)際上風(fēng)力發(fā)電行業(yè)將是發(fā)展和增長(zhǎng)速度最快的行業(yè)，風(fēng)力發(fā)電技術(shù)也將進(jìn)入其發(fā)展迅速的黃金時(shí)期；在我國(guó)國(guó)內(nèi)，并網(wǎng)型風(fēng)電機(jī)組裝機(jī)容量的增長(zhǎng)速度明顯在加快，離網(wǎng)型風(fēng)電機(jī)組的發(fā)展地域性廣，潛力大，裝機(jī)總?cè)萘繉⒆罱K超越并網(wǎng)型的風(fēng)電機(jī)組。風(fēng)電的快速發(fā)展，與國(guó)家的政策扶持密不可分。在我國(guó)風(fēng)力資源較豐富的邊遠(yuǎn)、無(wú)電、缺電地區(qū)適合發(fā)展中小型獨(dú)立運(yùn)行的風(fēng)電系統(tǒng)，以解決這些地區(qū)的生活用電和部分生產(chǎn)用電；在風(fēng)力資源豐富的南方，電網(wǎng)通達(dá)的地區(qū)，應(yīng)以發(fā)展較大規(guī)模的并網(wǎng)風(fēng)電系統(tǒng)為主，補(bǔ)充和部分替代常規(guī)能源，提高當(dāng)?shù)氐沫h(huán)境質(zhì)量[5]。根據(jù)丹麥RIS國(guó)家研究實(shí)驗(yàn)室對(duì)安裝在丹麥的風(fēng)電機(jī)組所進(jìn)行的評(píng)估，從1981～2002年間，預(yù)計(jì)2010年度電成本下降至3歐分/kWh，[4]。（1）世界風(fēng)電工業(yè)高速發(fā)展盡管2011年全球經(jīng)濟(jì)低迷，但風(fēng)能發(fā)展卻保持良好勢(shì)頭。相對(duì)于火電和核電更為環(huán)保。在在這幾個(gè)