【正文】 力發(fā)電機組的控制系統(tǒng)在運行過程中對于因風(fēng)速變化引起的輸出能量的變化是不作任何控制的。 水平軸風(fēng)力機的類型對水平軸風(fēng)力機而言，按照風(fēng)輪與塔架相對位置分類，可有上風(fēng)向和下風(fēng)向的區(qū)別。 (2)垂直軸風(fēng)力機 垂直軸風(fēng)力機的風(fēng)輪轉(zhuǎn)軸與地面呈垂直狀態(tài)，(b)所示。先將節(jié)距角調(diào)到45176。 風(fēng)力機的工作原理及其受力分析（1）靜止狀態(tài)下葉片的受力 風(fēng)力機啟動時的受力情況風(fēng)力發(fā)電機的葉輪轉(zhuǎn)動部分由輪毅和槳葉組成，其中槳葉均勻安裝在輪毅周圍，一般為2到3片。是ωr與翼弦的夾角。為了適應(yīng)不同的風(fēng)速，可以隨著風(fēng)速的變化，調(diào)節(jié)整個葉片的安裝角，從而有可能在很大的風(fēng)速范圍內(nèi)均可以得到優(yōu)良的氣動力特性，這樣的控制方式即變槳距控制。根據(jù)風(fēng)輪氣動特性，風(fēng)輪產(chǎn)生的轉(zhuǎn)矩Tr作用于帶有轉(zhuǎn)動慣量Jr的風(fēng)輪上。另外槳葉結(jié)構(gòu)復(fù)雜、重量較重，不適合在大型風(fēng)力發(fā)電機組安裝使用。該機構(gòu)的主要優(yōu)點是頻率響應(yīng)快、功率重量比大，目前變槳距驅(qū)動機構(gòu)中主要使用液壓執(zhí)行機構(gòu)。(b)為其平面圖。此時由于槳距控制機構(gòu)的控制精度的原因，節(jié)距角在0176。向0176。根據(jù)公式： （31）式中: T ― 發(fā)電機轉(zhuǎn)矩；α― 主軸加速度；J ― 轉(zhuǎn)動慣量；計算出轉(zhuǎn)矩，進而控制轉(zhuǎn)矩。 變槳距風(fēng)力發(fā)電機組功率曲線 風(fēng)力機轉(zhuǎn)矩與轉(zhuǎn)速特性曲線 風(fēng)力機轉(zhuǎn)矩與轉(zhuǎn)速特性曲線 轉(zhuǎn)矩與轉(zhuǎn)速的測量風(fēng)力發(fā)電機組軸系轉(zhuǎn)矩以及轉(zhuǎn)速等信號的測量是轉(zhuǎn)矩分析的基礎(chǔ)，本節(jié)介紹了轉(zhuǎn)矩測量和轉(zhuǎn)速測量方法。這里所根據(jù)的物理參數(shù)可以是彈性元件的變形、應(yīng)力或應(yīng)變。敏感柵是把結(jié)構(gòu)應(yīng)變轉(zhuǎn)換為電阻變化的敏感元件；基底材料是支撐敏感柵，使它保持一定的幾何形狀并使敏感柵與被粘試件之間具有良好的電絕緣；覆蓋層是保護敏感柵避免受外界的機械損傷并防止環(huán)境溫度、濕度的侵擾的；引出線則是連接敏感柵與測量儀器，把應(yīng)變計的電信號送到儀器內(nèi)。在現(xiàn)場測速中，一般采用直流測速發(fā)電機測量轉(zhuǎn)速，因為它能連續(xù)而又準確地將轉(zhuǎn)速線性的轉(zhuǎn)換成電壓量，因此，通過二次儀表可以描繪出轉(zhuǎn)速與時間的變化規(guī)律。接近開關(guān)風(fēng)速是難以預(yù)測的隨機變量，發(fā)電機的轉(zhuǎn)速隨風(fēng)速的變化有不同的響應(yīng)。第四章 轉(zhuǎn)矩控制系統(tǒng)硬件電路設(shè)計 系統(tǒng)設(shè)計總方案為了防止轉(zhuǎn)矩突變或過大而導(dǎo)致對風(fēng)力機的損害，從而控制轉(zhuǎn)矩，使其恒轉(zhuǎn)矩運行或使其變化幅值盡可能減少。并由接近開關(guān)FRB8E1NK采集低速軸轉(zhuǎn)速n1，與高速軸轉(zhuǎn)速n2進行比較來判斷增速箱部分是否正常工作，n1與n2之間相差一個速比，本設(shè)計中這個速比選用的是100，即n2=100n1。增量式編碼器是將位移轉(zhuǎn)換成周期性的電信號，再把這個電信號轉(zhuǎn)變成計數(shù)脈沖，用脈沖的個數(shù)表示位移的大小。編碼器軸轉(zhuǎn)一圈會輸出固定的脈沖，脈沖數(shù)由編碼器光柵的線數(shù)決定。這個渦流反作用到接近開關(guān)，使開關(guān)內(nèi)部電路參數(shù)發(fā)生變化，由此識別出有無導(dǎo)電物體移近，進而控制開關(guān)的通或斷。 利用光電效應(yīng)做成的開關(guān)叫光電開關(guān)。在日常生活中，如賓館、飯店、車庫的自動門，自動熱風(fēng)機上都有應(yīng)用。它采用了可變程序的存儲器，用來在其內(nèi)部存儲執(zhí)行邏輯運算、順序控制、定時、計數(shù)和算數(shù)操作等面向用戶的指令，并通過數(shù)字式模擬式的輸入/輸出，控制各種類型的機械或生產(chǎn)過程。 （1）順序控制這是PLC最廣泛的應(yīng)用領(lǐng)域，它取代了傳統(tǒng)的繼電器順序控制。 PLC的系統(tǒng)構(gòu)成4. S7200的簡介S7200系列是一種可編程序邏輯控制器（Micro PLC）。 CPU224模塊及接線圖 S7200擴展模塊為了更好地滿足應(yīng)用要求，S7200系列為您提供多種類型的擴展模塊。希望今后能投入更多的科研致力于轉(zhuǎn)矩直接檢測控制技術(shù)的研究中。但由于時間和專業(yè)知識所限，控制系統(tǒng)功能尚有不足之處，還有待于進一步開發(fā)與研究。感謝你們在研究生期間給予的關(guān)心和照顧!最后還要感謝我的同學(xué)，謝謝你們在設(shè)計過程中的支持與鼓勵。轉(zhuǎn)矩控制技術(shù)的研究能夠提高風(fēng)力發(fā)電機組的運行和設(shè)計水平，對于我國實現(xiàn)風(fēng)機國產(chǎn)化具有理論指導(dǎo)意義和實踐意義。通過以上所做的工作，完成了風(fēng)力發(fā)電機組軸系轉(zhuǎn)矩的控制，并針對風(fēng)力發(fā)電機由于轉(zhuǎn)矩突變而帶來的危害進行了分析，采取了一些初步的改進和控制措施。 硬件主電路圖第五章 轉(zhuǎn)矩控制軟件設(shè)計與系統(tǒng)仿真分析 轉(zhuǎn)矩控制系統(tǒng)軟件設(shè)計流程圖 主程序 主程序 子程序 中斷程序 結(jié)果與分析 轉(zhuǎn)矩控制的輸出結(jié)果由轉(zhuǎn)矩控制的輸出結(jié)果可以看出，當檢測的轉(zhuǎn)矩信號小于額定轉(zhuǎn)矩時，系統(tǒng)正常運行；當檢測的轉(zhuǎn)矩信號大于1T，啟動報警信號；T，輸出變槳信號，90度順槳；當檢測的轉(zhuǎn)矩信號T，輸出停機信號。 S7200 CPU將一個微處理器、一個集成電源和數(shù)字量I/O點集成在一個緊湊的封裝中，從而形成了一個功能強大的微型PLC。運動的編程可用PLC的編程語言完成，通過編程器輸入。（3）編程方便，易于使用。三．接近開關(guān)的型號及其在風(fēng)機上的安裝低速軸轉(zhuǎn)速傳感器：接近開關(guān)式轉(zhuǎn)速傳感器安裝在齒輪箱前側(cè)支架上，記錄主軸轉(zhuǎn)速，為主控系統(tǒng)和安全系統(tǒng)提供葉輪轉(zhuǎn)速型號。當有物體移近時，接近開關(guān)接收到的反射信號會產(chǎn)生多普勒頻移，由此可以識別出有無物體接近。當磁性物件移近霍爾開關(guān)時，開關(guān)檢測面上的霍爾元件因產(chǎn)生霍爾效應(yīng)而使開關(guān)內(nèi)部電路狀態(tài)發(fā)生變化，由此識別附近有磁性物體存在，進而控制開關(guān)的通或斷。 這種開關(guān)的測量通常是構(gòu)成電容器的一個極板，而另一個極板是開關(guān)的外殼。接近開關(guān)及其分類因為位移傳感器可以根據(jù)不同的原理和不同的方法做成，而不同的位移傳感器對物體的“感知”方法也不同，所以常見的接近開關(guān)有以下幾種：　　解決的方法是增加參考點，編碼器每經(jīng)過參考點，將參考位置修正進計數(shù)設(shè)備的記憶位置。可代替電壓、電流、功率、功率因數(shù)、 頻率等變送器，及測量這些變送器的輸入模塊。本設(shè)計中轉(zhuǎn)矩控制的應(yīng)用是，風(fēng)力機運行在惡劣的環(huán)境中，機組承受著隨機變化的載荷，長期承受這種載荷容易使零部件產(chǎn)生疲勞，從而影響機組的安全運行，依據(jù)轉(zhuǎn)矩控制技術(shù)合理安排風(fēng)力機組的運行，可提高安全穩(wěn)定性能。發(fā)電機每轉(zhuǎn)一圈，接近開關(guān)產(chǎn)生6個感應(yīng)脈沖，經(jīng)光電禍合器，引入控制計算機。用光電脈沖法測量轉(zhuǎn)速測量轉(zhuǎn)速的另一種方法是通過光電轉(zhuǎn)換將轉(zhuǎn)速變成電脈沖，然后按每秒或每分鐘計數(shù)，就能得到每秒或每分鐘的轉(zhuǎn)速。應(yīng)變測量原理如下：將電阻應(yīng)變計粘貼在被測構(gòu)件表面上，并接入測量電路，當被測構(gòu)件受外力作用變形時，應(yīng)變片敏感柵隨之變形，敏感柵的電阻值也發(fā)生相應(yīng)變化，其變化量的大小與構(gòu)件表面所受外力成一定的比例關(guān)系，經(jīng)測量電路（如測量電橋）轉(zhuǎn)換為電信號輸出，測量結(jié)果是應(yīng)變值，通過應(yīng)變與應(yīng)力的力學(xué)關(guān)系，可計算出被測構(gòu)件所受應(yīng)力的大小。按照能量轉(zhuǎn)換的觀點：動力機械，如電動機、內(nèi)燃機等，分別是把電能、化學(xué)能轉(zhuǎn)換為機械能的機構(gòu)；而制動機械，如發(fā)電機、水利制動器等，則分別上把機械能轉(zhuǎn)換為電能、熱能的機構(gòu)。從嚴格的力學(xué)角度來講，轉(zhuǎn)矩概念與扭矩是不完全相同的，前者指的是外力矩，而后者指的是內(nèi)力矩。 風(fēng)力機輸出功率特性變槳距風(fēng)力發(fā)電機與定槳距風(fēng)力發(fā)電機相比，具有在額定功率點以上輸出恒定功率的特點。并網(wǎng)后，風(fēng)力機正常運行最重要的有這樣兩個工況：(1)風(fēng)速低于額定風(fēng)速；(2)風(fēng)速高于額定風(fēng)速；第三章 風(fēng)力發(fā)電機轉(zhuǎn)矩控制系統(tǒng)簡介 轉(zhuǎn)矩控制系統(tǒng)的設(shè)計由于風(fēng)力發(fā)電機的機械設(shè)計都是在穩(wěn)定運行狀況下設(shè)計的，所以過大的轉(zhuǎn)矩矩變化將會使機組軸系元件產(chǎn)生疲勞，從而影響風(fēng)力發(fā)電機組的壽命。 變槳距控制系統(tǒng)框圖（啟動狀態(tài)） 變槳距控制系統(tǒng)框圖(額定功率狀態(tài)) 針對變槳距風(fēng)力機動力學(xué)分析，變槳距的控制過程如下:風(fēng)力機啟動前，槳葉保持順槳位置，其節(jié)距角為90176。 以上兩點的歸納，為風(fēng)力機變槳距控制提供了理論依據(jù)。 變槳距控制理論風(fēng)能利用系數(shù)Cp代表了風(fēng)力機從風(fēng)能中獲得能量的能力。同時變槳距風(fēng)力發(fā)電機的葉片結(jié)構(gòu)簡單、重量輕、發(fā)電機轉(zhuǎn)動慣量小，適合安裝在大型發(fā)電機組上。 （24）其中: p 一發(fā)電機極對數(shù)；m1一電機定子相數(shù)；U1一電網(wǎng)電壓，V；C1一修正系數(shù)；ωg一發(fā)電機轉(zhuǎn)動的角速度，rda/s；ω1一發(fā)電機同步轉(zhuǎn)速，rda/s；r1，xl一分別為定子繞組的電阻和漏抗，Ω；r2, x2 一分別為歸算后轉(zhuǎn)子繞組的電阻和漏抗，Ω；發(fā)電機轉(zhuǎn)動方程為: （25）Jg一發(fā)電機的轉(zhuǎn)動慣量，kgm2；Te一發(fā)電機反力矩，N Tr一風(fēng)輪的氣動轉(zhuǎn)矩。如果葉片每個截面的安裝角隨半徑增大而減小，則整個葉片方向的攻角都能接近最佳值，使得葉片整體氣動力性能得到改善。參考空氣動力學(xué)可知，當空氣以某個速度V流經(jīng)風(fēng)輪時，槳葉I所受到的氣動力為F；F可以分解成兩個方向的力:順著空氣流動方向的分力Fx(阻力)及垂直于空氣流動方向的分力Fy(升力)。 變槳距調(diào)節(jié)的主要優(yōu)點是:槳葉受力較小，槳葉較輕，使得機組的承載結(jié)構(gòu)重量相對減少。由于捕獲風(fēng)能的能力弱，消耗材料多，占地面積大，所以目前商用大型風(fēng)力發(fā)電機組主要是水平軸風(fēng)力發(fā)電機。水平軸風(fēng)力發(fā)電機需要通過塔架將其置于空中，以捕捉更多的風(fēng)能。 風(fēng)力機分類風(fēng)力發(fā)電機有多種類型和樣式，分類的方式也很多。它不僅要監(jiān)視電網(wǎng)風(fēng)況和機組運行參數(shù)，而且還要根據(jù)風(fēng)速與風(fēng)向的變化，對機組進行優(yōu)化控制，以提高機組的運行效率和發(fā)電量。在此過程中同時檢測偏航中心電機工作，系統(tǒng)處于待機狀態(tài)，向中心控制器發(fā)出自動解纜完成信號。如果風(fēng)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。三：發(fā)電機系統(tǒng)現(xiàn)今，風(fēng)力發(fā)電機的單機容量越來越大。(2)變槳距系統(tǒng)就是葉片用可轉(zhuǎn)動的軸安裝在輪毅上，輪毅上安裝的幾個葉片可同步轉(zhuǎn)動以改變?nèi)~片的安裝角，即同步改變?nèi)~片的迎角以滿足不同的風(fēng)速條件下風(fēng)力發(fā)電機得到最大功率。對于變槳距風(fēng)力發(fā)電機組，由于槳葉節(jié)距可以控制，無需擔心風(fēng)速超過額定點后的功率控制問題，可以使得額定功率點后仍然具有較高的風(fēng)能利用系數(shù)。當功率在額定功率以下時，控制器將葉片節(jié)距角置于0176。但是，定槳距風(fēng)力發(fā)電機組存在低風(fēng)速時的運行效率低的問題。 風(fēng)力發(fā)電技術(shù)概述及其發(fā)展現(xiàn)狀風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)的兩個主要部件是風(fēng)力機和發(fā)電機。風(fēng)能的利用，主要是風(fēng)力發(fā)電，即利用風(fēng)力帶動風(fēng)車葉片旋轉(zhuǎn)，再通過增速機將旋轉(zhuǎn)的速度提升，來促使發(fā)電機發(fā)電。這些新裝機容量在2008年將提供1600萬兆瓦的清潔電力，滿足150萬個美國家庭的照明、供暖和家電等日常生活用電。英國的《可再生能源責(zé)任法規(guī)》要求到2010年，每個電力供應(yīng)商必須使可再生能源的電力供應(yīng)量達到總電量的10%。印度風(fēng)電增長很快，到2000年累積裝機容量已達到122萬kW。德國、美國、丹麥等國開發(fā)建立了評估風(fēng)力資源的測量及計算機模擬系統(tǒng)，發(fā)展了變槳距控制及失速控制的風(fēng)力機設(shè)計理論，采用了新型風(fēng)力機葉片材料及葉片翼型，研制出了變極、變滑差、變速恒頻及低速永磁等新型發(fā)電機，開發(fā)了由微機控制的單臺和多臺風(fēng)力發(fā)電機組成的機群的自動控制技術(shù)，從而大大提高了風(fēng)力發(fā)電的效率和可靠性。 中國風(fēng)能協(xié)會理事長賀德馨在向“2007世界太陽能大會”提交的論文中說，2010年之前，我國將進入風(fēng)力發(fā)電大發(fā)展時期《規(guī)劃》稱，預(yù)計實現(xiàn)2020年可再生能源中長期規(guī)劃任務(wù)，將需總投資約2萬億元。截至2005年底，我國除臺灣省外建成風(fēng)電場62個，安裝風(fēng)電機組1864臺，排在世界第8位、亞洲第2位。近幾年來我國風(fēng)電產(chǎn)業(yè)迅猛發(fā)展。中國擁有的石油、天然氣剩余可采儲