【正文】 速恒頻機(jī)組應(yīng)運(yùn)而生。 控制機(jī)組應(yīng)具有輪片隨風(fēng)向變化而變化的動(dòng)作且具有恒功率輸出的表現(xiàn) ,傳感器對(duì)風(fēng)向標(biāo)的夾角進(jìn)行檢測(cè) ,風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)在相應(yīng)設(shè)定角度值區(qū)間內(nèi) ,根據(jù)需要采取相應(yīng)的措施 ,變壓器變送高電壓 ,對(duì)電力傳輸能夠施以嚴(yán)格的管理控制。文中說(shuō)道風(fēng)電機(jī)組是由風(fēng)輪、機(jī)艙、塔架以及控制系統(tǒng)這四個(gè)部分組成且詳細(xì)描述了各部分的結(jié)構(gòu)、功能等。 附 錄中給出了整個(gè)系統(tǒng)的硬件電路圖。所以在原有的基礎(chǔ)上 ,增加了偏航系統(tǒng) ,齒輪箱 ,控制系統(tǒng) ,停機(jī)系統(tǒng)等部件更加有效地使用風(fēng)能。根據(jù)葉片橫截面形狀可以將葉片分為平板型 ,弧板型和流線型。 機(jī)艙及其組件 風(fēng)力發(fā)電機(jī)的機(jī)艙承擔(dān)容納所有的機(jī)械零部件 ,起到支撐作用。一般選用直流發(fā)電機(jī)、永磁發(fā)電機(jī)、同步交流發(fā)電機(jī)、異步交流發(fā)電機(jī)等作為風(fēng)電專用發(fā)電機(jī)。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。若出現(xiàn)故障或者遇到異常情況可以快速準(zhǔn)確地檢測(cè)到并且分析原因 ,做出相應(yīng)的保護(hù)措施或停機(jī)。 氣體密度和速度都隨著海拔高度的變化而變化。 據(jù)系統(tǒng)功能的要求 ,本文將對(duì)風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)的啟動(dòng) ,發(fā)電機(jī)控制 ,偏航控制、溫度模糊控制以及變壓器控制著重進(jìn)行研究。 系統(tǒng)整體設(shè)計(jì) 本文中 ,控制方式將采取順序控制和中斷控制。下來(lái)具體說(shuō)明每個(gè)模塊的主要功能、控制過(guò)程以及控制流程圖。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。 215176。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)。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 ,向左偏航電機(jī)將連續(xù)工作 90 秒。 本文中 ,溫度控制模擬量閉環(huán)控制系統(tǒng)將采用 PID 控制。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)。 第三進(jìn)行是微分環(huán)節(jié)。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)。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。塔架內(nèi)部空間大 ,常有人員在其內(nèi)部操作、維護(hù)。兩個(gè)開關(guān)量進(jìn)行啟動(dòng)和開啟送風(fēng)電動(dòng)機(jī)。 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)開關(guān)量輸入點(diǎn) ,2 個(gè)開關(guān)量輸出點(diǎn)。在本文中 ,系統(tǒng)所需開關(guān)量輸入點(diǎn)數(shù)為 11 個(gè) ,開關(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)。 (1)電機(jī)的選擇 : 風(fēng)力發(fā)電機(jī)選用雙饋異步發(fā)電機(jī)。 溫度傳感器選用 PT100 風(fēng)管式溫度傳感器。 ~189176。常用于調(diào)用初始化 特殊存儲(chǔ)器 該位提供了一個(gè)周期為 1秒鐘 ,占空比為 累加寄存器 AC0、 AC1 用于存放數(shù)據(jù) ,如運(yùn)算數(shù)據(jù)、中間數(shù)據(jù)和結(jié)果數(shù)據(jù) 輸入映像寄存器 ~ 接收外部的開關(guān)信號(hào) 輸出映像寄存 器 ~ 控制外部負(fù)載的開關(guān)信號(hào) (4)接觸器的選擇 : 發(fā)電機(jī)的開關(guān)使用交流接觸器。提出對(duì)于這個(gè)系統(tǒng)的方案相匹配的電氣元件 ,并對(duì)對(duì)它們進(jìn)行選型。偏航、變槳距以及溫度控制模塊選用 RT18 低壓熔斷器。 ~215176。 ~171176。 (2)變壓器的選擇 : 變壓器選用干式自冷變壓器 SCB10M630/10,低壓側(cè)為 380V,高壓側(cè)則在 3000V 以上。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]。 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。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)。這樣連鎖的控制 ,使室內(nèi)溫度保持恒定 [11]。所以將機(jī)艙溫度控制在一定范圍內(nèi)是很重要的。設(shè)定系統(tǒng)采樣時(shí)間為 。反復(fù)湊試確認(rèn)系統(tǒng)的比例系數(shù)為 ,但余差比較大。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。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。這一過(guò)程中 ,被控對(duì)象為機(jī)艙的溫度 [8]。 205176。時(shí) ,向右偏航電機(jī)將連續(xù)工作 90秒 ,當(dāng)角度在 155176。使得機(jī)艙能夠準(zhǔn)確地對(duì)風(fēng) [7]。偏航控制系統(tǒng)模塊主要實(shí)現(xiàn)風(fēng)輪機(jī)隨風(fēng)向轉(zhuǎn)動(dòng)功能。偏航驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)是用于驅(qū)動(dòng)偏航系統(tǒng)運(yùn)作 ,停止的 ,它包含有偏航驅(qū)動(dòng)裝置、制動(dòng)裝置以及偏航軸承。最后是變壓器的控制。系統(tǒng)內(nèi)分為機(jī)艙控制單元與塔架控制單元 ,打開進(jìn)氣閥排放冷氣流 ,間隔一定時(shí)間檢測(cè)室溫 ,溫度太高則使得進(jìn)氣閥繼續(xù)進(jìn)氣 ,溫度低于設(shè)定值停止進(jìn)氣 ,使得溫度恒定在安全范圍內(nèi) 。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。假設(shè) m 為氣體質(zhì)量 ,ρ為空氣密度。通常使用 PLC,或者 DSP微機(jī)處理器作為控制器件 ,它們功能強(qiáng)大 ,能夠應(yīng)付惡劣的工作環(huán)境 ,所以受到廣泛應(yīng)用。 圖 22 風(fēng)力發(fā)電齒輪箱 偏航系統(tǒng)也稱作對(duì)風(fēng)裝置 ,被安裝在機(jī)艙座內(nèi)。聯(lián)軸器與制動(dòng)器往往設(shè)計(jì)在一起。風(fēng)輪軸有較高的綜合機(jī)械性。 葉片是風(fēng)力發(fā)電機(jī)獲取風(fēng)能的部件 ,風(fēng)能利用率的好壞大都取決于良好的葉片外形 ,它材料的強(qiáng)度、硬度、密度以及使用壽命。 最早最簡(jiǎn)單的風(fēng)力發(fā)電機(jī)由葉輪和發(fā)電機(jī)兩個(gè)部分組成 ,站立于一定高度的塔上。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。最后列舉了設(shè)計(jì)的主要內(nèi)容和各章節(jié)的安排。 主要內(nèi)容及章節(jié)安排 在本文中 ,設(shè)計(jì)一個(gè)風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的控制系統(tǒng) ,主控制器為可編程控制器西門子 S7200。過(guò)去幾年風(fēng)電裝機(jī)量在美國(guó)的新增裝機(jī)里占到了三分之一 ,而且正在努力實(shí)現(xiàn)到 2030 年使風(fēng)電能提供美國(guó)20%的用電量的目標(biāo) ,這也是布什政府之前的政策之一。 20 世紀(jì)初時(shí)歐洲地區(qū)累計(jì)風(fēng)電裝機(jī)容量為 2930 萬(wàn)千瓦 ,約占全球風(fēng)電總裝機(jī)容量的 73%。 2020年底 ,全球風(fēng)力發(fā)電裝機(jī)總?cè)萘客黄?4000萬(wàn)千瓦 ,風(fēng)力發(fā)電占全球電力供應(yīng)的 %。 (3)新方案和新技術(shù)的應(yīng)用 :例如變速恒頻技術(shù)和變槳距調(diào)節(jié)技術(shù)在功率調(diào)節(jié) 方法上的應(yīng)用 ,計(jì)算機(jī)分布式控制技術(shù)和新的控制理論應(yīng)用。 我國(guó)政府在 2020年制定了《可再生能源中長(zhǎng)期發(fā)展計(jì)劃》 ,力求達(dá)到 2020年和 2020年風(fēng)電裝機(jī)容量要到達(dá) 1000萬(wàn)千瓦和 3000萬(wàn)千瓦的目標(biāo) ,并且制定了風(fēng)電設(shè)備國(guó)產(chǎn)化的政策 [3]。 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。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。第二階段 ,20 世紀(jì)末。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。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。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。最后進(jìn)行相關(guān)調(diào)試和仿真 ,利用 STEP7Micro/WIN32編程軟件對(duì) PLC程序進(jìn)行調(diào)試、仿真運(yùn)行和在線診斷等 ,使仿真結(jié)果滿足設(shè)計(jì)要求。然而風(fēng)能是一種清潔、可再生的能源 ,在發(fā)電這一領(lǐng)域具有巨大的開發(fā)潛力和商業(yè)活力。偏航 。此后 ,風(fēng)車和風(fēng)帆一直是人們主要的動(dòng)力機(jī)械。 21世紀(jì)開始 ,風(fēng)能成為世界能源供應(yīng)的支柱之一。 大規(guī)模推廣風(fēng)力發(fā)電不僅在節(jié)能減排工作上做出了積極的貢獻(xiàn) ,而且這種能源開發(fā)方式的理念在社會(huì)和人群中得到廣泛的支持。第三階段 ,21 世紀(jì)初。所以在國(guó)際國(guó)內(nèi)范圍內(nèi) ,研究人員都致力于最合適的控制方式 ,例如模糊邏輯控制 ,神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)智能控制 ,魯棒控制等。山區(qū) ,例如南嶺、武夷山地區(qū) ,遼河、華北、長(zhǎng)江中下游平原、西北高原地區(qū) ,風(fēng)能可待開發(fā)利用 。 2020 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 2020 年風(fēng)電裝機(jī) 1000 萬(wàn)千瓦的目標(biāo)。 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。 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。 2020 年全球風(fēng)電新增裝