【正文】 量人均都在世界40位之后，且勘探開發(fā)成本持續(xù)上升；煤炭的剩余可采儲量也不足百年之用。對風(fēng)電場而言，風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的年平均利用小時(shí)數(shù)不能低于2000小時(shí)，即單機(jī)容量為660kW的風(fēng)電機(jī)組年發(fā)電量不能低于1320MWh才具有商業(yè)開發(fā)價(jià)值。一般風(fēng)力發(fā)電機(jī)的起動風(fēng)速約3m/s，停機(jī)風(fēng)速約25m/s，即3~25 m/s為有效風(fēng)力區(qū)，在有效風(fēng)力區(qū)內(nèi)，為得到較穩(wěn)定的輸出電能，風(fēng)力發(fā)電機(jī)必須加裝調(diào)速、調(diào)向和剎車等調(diào)節(jié)和控制裝置，這對10kW以下小型機(jī)組比較簡單，對于100kW以上的中大型機(jī)組，就增加了許多實(shí)際困難。 風(fēng)能的特點(diǎn)礦物燃料在利用過程中排放COSONO、CO等氣體，造成了嚴(yán)重的環(huán)境污染，導(dǎo)致溫室效應(yīng)，產(chǎn)生酸雨等現(xiàn)象。中國是耗能大國，而石油、煤炭已不能滿足日益增長的能源需求。內(nèi)蒙古科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書（畢業(yè)論文）風(fēng)力發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)矩系統(tǒng)控制畢業(yè)論文目 錄摘 要 IAbstract II第一章 緒論 1 風(fēng)能 1 風(fēng)能的特點(diǎn) 2 風(fēng)能的特點(diǎn) 2 風(fēng)力發(fā)電的發(fā)展 3 中國風(fēng)力發(fā)電的發(fā)展概況及前景 3 國外風(fēng)力發(fā)電的發(fā)展概況及前景 6 風(fēng)力發(fā)電技術(shù)概述及其發(fā)展現(xiàn)狀 9第二章 風(fēng)力發(fā)電機(jī)的結(jié)構(gòu)與基本理論 12 風(fēng)力發(fā)電機(jī)組總體概述 12 風(fēng)力發(fā)電機(jī)的結(jié)構(gòu)及各組成部分的功能 12 風(fēng)力機(jī)分類 16 風(fēng)力機(jī)的工作原理及其受力分析 18 風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的控制系統(tǒng) 21 變槳距控制理論研究 23 風(fēng)力發(fā)電機(jī)變槳距技術(shù)介紹 23 變槳距控制理論 24 變槳距控制過程 25第三章 風(fēng)力發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)矩控制系統(tǒng)簡介 27 轉(zhuǎn)矩控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì) 27 風(fēng)力機(jī)輸出功率特性 27 風(fēng)力機(jī)轉(zhuǎn)矩與轉(zhuǎn)速特性曲線 28 轉(zhuǎn)矩與轉(zhuǎn)速的測量 28 轉(zhuǎn)矩測量方法 29 應(yīng)變測量原理 29 轉(zhuǎn)速測量方法 32第四章 轉(zhuǎn)矩控制系統(tǒng)硬件電路設(shè)計(jì) 34 系統(tǒng)設(shè)計(jì)總方案 34 各模塊的的工作原理 35 功率模塊 35 增量式編碼器 38 接近開關(guān) 39 PLC的簡介 41 硬件主電路圖 48第五章 轉(zhuǎn)矩控制軟件設(shè)計(jì)與系統(tǒng)仿真分析 49 轉(zhuǎn)矩控制系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)流程圖 49 主程序 50 結(jié)果與分析 57第六章 總結(jié)與展望 58參考文獻(xiàn) 60致謝 6160內(nèi)蒙古科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書（畢業(yè)論文）第一章 緒論能源是人類生存的基本要素，國民經(jīng)濟(jì)發(fā)展的主要物資基礎(chǔ)。在各種能源中，風(fēng)能是利用起來比較簡單的一種，它不同于煤、石油、天然氣，需要從地下采掘出來；也不同于水能，必須建造大壩來推動水輪機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)；也不像核能那樣，需要昂貴的裝置和防護(hù)設(shè)備。目前，各國對環(huán)境保護(hù)、能源短缺等問題日益關(guān)注，均在努力發(fā)展風(fēng)力發(fā)電，促進(jìn)可持續(xù)發(fā)展，減少有害氣體排放。(3)風(fēng)能不能儲存。若能達(dá)到2500小時(shí)，則該風(fēng)電場具有良好的商業(yè)開發(fā)價(jià)值，超過3000小時(shí)的風(fēng)電場稱為優(yōu)秀風(fēng)電場。但中國現(xiàn)在己是世界上第三大能源生產(chǎn)國和第二大能源消費(fèi)國，中國能源消費(fèi)排放的二氧化碳約占各種溫室氣體總排放量的80％。到2007年底，中國風(fēng)電裝機(jī)將達(dá)到500萬kW，提前3年完成原定2010年的目標(biāo)，中國政府目前公布的風(fēng)電發(fā)展目標(biāo)是2020年將達(dá)到3000萬kW?！兑?guī)劃》指出，要逐步提高優(yōu)質(zhì)清潔可再生能源在能源結(jié)構(gòu)中的比例，力爭到2010年使可再生能源消費(fèi)量達(dá)到能源消費(fèi)總量的10%左右，到2020年達(dá)到15%左右。賀德馨指出，預(yù)計(jì)到2010年底，中國發(fā)電總裝機(jī)容量將達(dá)到5000兆瓦，電力行業(yè)的高速發(fā)展將帶動風(fēng)電產(chǎn)業(yè)步入快車道。風(fēng)電場是大規(guī)模利用風(fēng)能的有效方式，20世紀(jì)80年代初在美國加利福尼亞州興起。日本的風(fēng)電裝機(jī)容量46萬kW，運(yùn)行較穩(wěn)定的是海岸線或島上的風(fēng)力發(fā)電站，已達(dá)576臺風(fēng)電設(shè)備。美國政府為鼓勵(lì)開發(fā)可再生能源，在20世紀(jì)80年代初出臺了一系列優(yōu)惠政策。而來自全球風(fēng)能理事會的統(tǒng)計(jì)資料顯示，%。根據(jù)美國能源部的測算，美國風(fēng)能每年可發(fā)電6億兆瓦時(shí)，可供應(yīng)美國20%的電力。按風(fēng)力機(jī)的控制方式劃分，風(fēng)力發(fā)電技術(shù)大體可分為定槳距失速調(diào)節(jié)和變槳距調(diào)節(jié)兩種。在整個(gè)運(yùn)行風(fēng)速范圍內(nèi)（3m/s≤v≤25m/s）,由于氣流的速度是不斷變化的，如果風(fēng)力機(jī)的轉(zhuǎn)速不能隨風(fēng)速的變化而調(diào)整，就必然要使風(fēng)輪在低風(fēng)速時(shí)的效率降低（若設(shè)計(jì)低風(fēng)速時(shí)效率過高，會使槳葉過早進(jìn)入失速狀態(tài)）。附近，不作變化，可認(rèn)為等同于定槳距風(fēng)力發(fā)電機(jī)組，發(fā)電機(jī)的輸入功率根據(jù)葉片的氣動性能隨風(fēng)速的變化而變化。第二章 風(fēng)力發(fā)電機(jī)的結(jié)構(gòu)與基本理論 風(fēng)力發(fā)電機(jī)組總體概述 風(fēng)力發(fā)電機(jī)的結(jié)構(gòu)及各組成部分的功能風(fēng)力機(jī)就其整體結(jié)構(gòu)來看，除去風(fēng)輪轉(zhuǎn)子(槳葉)這一捕獲風(fēng)能并將其轉(zhuǎn)化為機(jī)械能輸出的主要部件外，還包括塔架、機(jī)艙、回轉(zhuǎn)體、升速齒輪箱、調(diào)速裝置、偏航系統(tǒng)及剎車系統(tǒng)等。二：齒輪箱系統(tǒng)槳葉的轉(zhuǎn)速達(dá)不到發(fā)電機(jī)所需的同步轉(zhuǎn)速，這就需要增速箱。風(fēng)力發(fā)電機(jī)所用的發(fā)電機(jī)一般采用異步發(fā)電機(jī)，對于定槳距風(fēng)力發(fā)電機(jī)組，一般還采用單繞組雙速異步發(fā)電機(jī)，這一方案不僅解決了低功率時(shí)發(fā)電機(jī)的效率問題，而且還改善了低風(fēng)速時(shí)的葉尖速比。不同的風(fēng)力發(fā)電機(jī)需要解纜時(shí)的纏繞圈數(shù)都有其規(guī)定。紐纜開關(guān)控制的安全鏈保護(hù)：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(yán)重，當(dāng)紐纜達(dá)到極值圈數(shù)時(shí)，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(jī)信號和不可自復(fù)故障信號，等待進(jìn)行人工解纜操作。定槳距風(fēng)力發(fā)電機(jī)組主要解決了風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的并網(wǎng)問題和運(yùn)行的安全性與可靠性問題，采用了軟并網(wǎng)技術(shù)、空氣動力剎車技術(shù)、偏航與自動解纜技術(shù)，這些都是并網(wǎng)運(yùn)行的風(fēng)力發(fā)電機(jī)組需要解決的最基本的問題。如果以轉(zhuǎn)換風(fēng)能的主要部件風(fēng)輪來分，風(fēng)力機(jī)按照收集風(fēng)能的結(jié)構(gòu)形式以及在空間的布置，可分為兩類，一為水平軸風(fēng)力機(jī)；二為垂直軸風(fēng)力機(jī)。調(diào)向機(jī)構(gòu)是用來調(diào)整風(fēng)力機(jī)風(fēng)輪葉片旋轉(zhuǎn)平面與空氣流動方向相對位置的機(jī)構(gòu)。本文中所指的風(fēng)力機(jī)即水平軸風(fēng)力發(fā)電機(jī)。由于節(jié)距角可以隨風(fēng)速的大小而進(jìn)行自動調(diào)節(jié)，因而能夠盡可能多的捕獲風(fēng)能，又可以在高風(fēng)速時(shí)段保持輸出功率平穩(wěn)。由于葉輪是對稱安裝的，另一槳葉II受力分析同上，故所有葉片升力Fy將對風(fēng)輪軸向產(chǎn)生轉(zhuǎn)動力矩，當(dāng)合力矩超過風(fēng)輪啟動所需要的力矩時(shí)，風(fēng)輪即開始轉(zhuǎn)動。這種安裝角沿葉片方向變化的葉片稱為螺旋槳型葉片，在實(shí)際風(fēng)力機(jī)中應(yīng)用較多。 n一齒輪箱增速器的傳動比。m；風(fēng)輪軸角速度與發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)速之間關(guān)系由下式表示: （26） 變槳距控制理論研究 風(fēng)力發(fā)電機(jī)變槳距技術(shù)介紹風(fēng)力發(fā)電的失速功率調(diào)節(jié)方式和變槳距調(diào)節(jié)方式是收集和轉(zhuǎn)換風(fēng)能的兩種最主要功率調(diào)節(jié)方式。 變槳距風(fēng)力機(jī)組的缺點(diǎn)是變槳距機(jī)構(gòu)較為復(fù)雜，增加了故障的可能性，控制系統(tǒng)也更加復(fù)雜，要求更高的技術(shù)水平，但是隨著風(fēng)電技術(shù)的進(jìn)步已經(jīng)得到較好的解決。變槳距風(fēng)力機(jī)的風(fēng)能利用系數(shù)Cp與尖速比λ和槳葉的節(jié)距角β成非線性關(guān)系。在風(fēng)速低于額定風(fēng)諫時(shí)，發(fā)電機(jī)輸出功率未達(dá)到額定功率，應(yīng)盡可能地將風(fēng)能轉(zhuǎn)化為輸出的電能。氣流對槳葉攻角為0176。 旋轉(zhuǎn)軸轉(zhuǎn)矩的測量與控制有很多方法，最直接的方法是在被測機(jī)械旋轉(zhuǎn)軸上粘貼電阻應(yīng)變片，因轉(zhuǎn)矩而產(chǎn)生應(yīng)變，引起應(yīng)變片電阻值的變化，從而達(dá)到測量轉(zhuǎn)矩的目的，進(jìn)而控制轉(zhuǎn)矩，目前測量轉(zhuǎn)矩主要采用的仍是這種傳統(tǒng)方法。當(dāng)功率在額定功率一下時(shí)，與定槳距風(fēng)力發(fā)電機(jī)組相同，葉片槳距角為0176。但是，當(dāng)軸上只受到一個(gè)扭矩的作用時(shí)，轉(zhuǎn)矩和扭矩在數(shù)值上是相等的。 應(yīng)變測量原理旋轉(zhuǎn)軸扭矩的電測方法中，最簡單可靠的方法是在被測機(jī)械旋轉(zhuǎn)軸上粘貼電阻應(yīng)變片，因轉(zhuǎn)矩而產(chǎn)生應(yīng)變，引起應(yīng)變片電阻值的變化，從而達(dá)到測量轉(zhuǎn)矩的目的，目前國內(nèi)測量扭矩主要采用的仍是這種傳統(tǒng)方法。 應(yīng)變測量框圖 轉(zhuǎn)速測量方法測量風(fēng)力發(fā)電機(jī)組軸系轉(zhuǎn)矩的同時(shí)，往往需要測量傳動軸的轉(zhuǎn)速。也可以通過頻率轉(zhuǎn)換器，將脈沖量轉(zhuǎn)換成0～10mA的電流量，以便通入光線示波器作記錄。發(fā)電機(jī)在轉(zhuǎn)速較低或時(shí)，和風(fēng)速測量一樣，采用M法測量。設(shè)計(jì)采用的是由功率模塊PK6013采集功率信號、增量編碼器E6C2CWZ6C采集發(fā)電機(jī)高速轉(zhuǎn)速信號n2，根據(jù)運(yùn)算，并由PLC實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)矩的控制。一、主要技術(shù)參數(shù)： 輸入范圍 交流4565Hz電壓量程(相電壓):60V、100V、200V、250V、400V、500V (或按用戶制作要求)；電流量程:1A、5A、10A (或按用戶要求制作)。在參考點(diǎn)以前，是不能保證位置的準(zhǔn)確性的。這個(gè)外殼在測量過程中通常是接地或與設(shè)備的機(jī)殼相連接。這種接近開關(guān)的檢測對象必須是磁性物體。 用能感知溫度變化的元件做成的開關(guān)叫熱釋電式接近開關(guān)。本文接近開關(guān)采用的是FRB8E1NK，供電電源是：10～30VDC，200mA。（4）控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)、安裝、調(diào)試方便。操作員用手動方式把軸移動到某個(gè)目標(biāo)位置，模塊就知道了位置和運(yùn)動參數(shù)，之后可以編輯程序來改變速度和加速度等運(yùn)動參數(shù)，使運(yùn)動平滑。在下載了程序之后，S7200將保留所需的邏輯，用于監(jiān)控應(yīng)用程序中的輸入輸出設(shè)備。由于本文轉(zhuǎn)矩檢測方法采用的是間接測量法，轉(zhuǎn)矩的檢測與控制還很不精確，只是模糊的控制某個(gè)區(qū)域。改善了風(fēng)力發(fā)電機(jī)組在轉(zhuǎn)矩突變和超功率時(shí)風(fēng)力發(fā)電機(jī)運(yùn)行的狀態(tài)，提高了風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的可靠性和安全性。然而，也必須看到目前國內(nèi)研究水平還比較低，投入的科研力量還十分欠缺，因而對風(fēng)力發(fā)電機(jī)組扭矩測試和分析的研究仍是一項(xiàng)艱巨的任務(wù)。張富全老師在課題研究階段，精心指導(dǎo)、認(rèn)真講解設(shè)計(jì)過程中遇到的各種困難，在這里我向張老師表示真摯衷心的感謝！此外，還感謝匯全集團(tuán)的趙智剛工程師和程建邦工程師及電氣的所有老師的指導(dǎo)與幫助。目前國內(nèi)對轉(zhuǎn)矩控制的研究十分欠缺，本文設(shè)計(jì)可以為其提供簡單的參考。目前，國外大部分采用的都是直接檢測，而國內(nèi)還未曾應(yīng)用。 s7200的技術(shù)指標(biāo)特性CPU221CPU222CPU224CPU224XPCPU226外形尺寸（mm）908062908062806214080621908062程序存儲器：可在運(yùn)行模式下編輯：不可在運(yùn)行模式下編輯：4096字節(jié)4096字節(jié)4096字節(jié)4096字節(jié)8192字節(jié)12288字節(jié)12288字節(jié)16384字節(jié)16384字節(jié)24576字節(jié)數(shù)據(jù)存儲區(qū)2048小時(shí)2048小時(shí)8192小時(shí)10240小時(shí)10240小時(shí)掉電保護(hù)時(shí)間50小時(shí)50小時(shí)50小時(shí)100小時(shí)100小時(shí)本機(jī)I/O數(shù)字量模擬量6入/4出——8入/6出——14入/10出——14入/10出2入/1出24入/16出——擴(kuò)展模塊數(shù)量0個(gè)模塊2個(gè)模塊17個(gè)模塊17個(gè)模塊17個(gè)模塊1高數(shù)計(jì)數(shù)器單相兩相4路30KHz2路20KHz4路30 KHz2路20 KHz6路30 KHz4路20 KHz4路30 KHz2路200 KHz3路20 KHz1路100 KHz6路30 KHz4路20 KHz脈沖輸出（DC）2路20KHz2路20KHz2路20KHz2路20KHz2路20KHz模擬電位器11222實(shí)時(shí)時(shí)鐘配時(shí)時(shí)鐘配時(shí)時(shí)鐘內(nèi)置內(nèi)置內(nèi)置通訊口1 RS4851 RS4852 RS4852 RS4852 RS485浮點(diǎn)數(shù)運(yùn)算有I/O映像區(qū)256（128入/128出）布爾指令執(zhí)行速度0．22us/指令本設(shè)計(jì)采用的是CPU224的s7200編程軟件，14個(gè)輸入口，10個(gè)輸出口，可以帶7個(gè)擴(kuò)展模塊。從硬件結(jié)構(gòu)來看，它也有中央處理器（CPU）、存儲器、輸入/輸出（I/O）接口、電源等， 。（6）功能完善?？删幊炭刂破魇且环N數(shù)字運(yùn)算操作的電子系統(tǒng)，專為在工業(yè)環(huán)境