【正文】 避免這樣的事故發(fā)生，偏航系統(tǒng)需要 解纜系統(tǒng) 。其重心在支撐軸的軸心上，整個(gè)風(fēng)向標(biāo)可以繞垂直軸自由擺動。角的十字形支架上的拋物錐空杯組成其感應(yīng)部分，空杯的凹面都順向一個(gè)方向。風(fēng)作為矢量，既有大小，又有方向，其測量包括風(fēng)向和風(fēng)速兩項(xiàng)。 在大型風(fēng)電機(jī)組上通常由兩臺或多臺驅(qū)動器驅(qū)動偏航系統(tǒng)。 本章小結(jié) 本章對風(fēng)力發(fā)電的運(yùn)動控制系統(tǒng)的各個(gè)組成部分做了大體的介紹。通過以上措施，保證了 PLC 能在惡劣環(huán)境中可靠工作，使平均故障間隔時(shí)間長，故障修復(fù)時(shí)間短。 各種模塊上 也 均有運(yùn)行和故障指示裝置，便于用戶了解運(yùn)行情況和查找故障。 （ 5） 功能模塊 沈陽工業(yè)大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 10 如計(jì)數(shù)、定位等功能模塊。當(dāng) PLC 投入運(yùn)行時(shí)，首先它以掃描的方式接收現(xiàn)場 各輸入裝置的狀態(tài)和數(shù)據(jù)，并分別存入 I/O 映象區(qū)，然后從用戶程序存儲器中逐條讀取用戶程序，經(jīng)過命令解釋后按指令的規(guī)定執(zhí)行邏輯或算數(shù)運(yùn)算的結(jié)果送入 I/O 映象區(qū)或數(shù)據(jù)寄存器內(nèi)。它采用可以編制程序的存儲器，用來在其內(nèi)部存儲執(zhí)行邏輯運(yùn)算、順序運(yùn)算、計(jì)時(shí)、計(jì)數(shù)和算術(shù)運(yùn)算等操作的指令，并能通過數(shù)字式或模擬式的輸入和輸出，控制各種類型的機(jī)械或生產(chǎn)過程。 欠功率運(yùn)行狀態(tài) 欠功率狀態(tài)是指發(fā)電機(jī)并入電網(wǎng)后，由于風(fēng)速低于額定風(fēng)速，發(fā)電機(jī)在額定功率以下的低功率狀態(tài)運(yùn)行。轉(zhuǎn)速控制器按照發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)速的大小，相應(yīng)改變槳距角設(shè)定值的大小。變槳距風(fēng)電機(jī)組根據(jù)變距系統(tǒng)所起的作用可分為 3 種運(yùn)行狀態(tài)，即風(fēng)電機(jī)組的啟動狀態(tài)（轉(zhuǎn)速控制）、欠功率狀態(tài)（不控制）和額定功率狀態(tài)（功率控制） [13]。 在停機(jī)狀態(tài)，液壓泵繼續(xù)自動停 / 起運(yùn)轉(zhuǎn)。之間運(yùn)動。當(dāng)壓力降至 130bar 以下時(shí)，泵起動；在 145bar 時(shí)，泵停止。一路由蓄能器通過電液比例閥供給葉片變 漿距 油缸，另一路由蓄能器供給高速軸上的機(jī)械剎車機(jī)構(gòu)。風(fēng)機(jī)液壓系統(tǒng)是一個(gè)公共服務(wù)系統(tǒng)，它為風(fēng)力發(fā)電機(jī)上一切使用液壓作為驅(qū)動力裝置提供動力。 沈陽工業(yè)大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 5 中小型風(fēng)機(jī)可用舵輪作為調(diào)向系統(tǒng)。 風(fēng)電機(jī)組 的控制系統(tǒng)包括 PLC 系統(tǒng)、數(shù)據(jù)采集接口、偏航系統(tǒng)、變槳距系統(tǒng)、功率控制系統(tǒng)、并網(wǎng)控制器和液壓控制系統(tǒng)。推動了我國大型風(fēng)力發(fā)電的建設(shè)。截至 20xx 年年底 ,中我國國內(nèi)的風(fēng)能裝機(jī)容量 2500 萬 kW，共建有 42 個(gè)風(fēng)電場，分布在 13 個(gè)?。ㄊ?、自治區(qū)） 。包括瑞典、丹麥、荷蘭和英國在內(nèi)的西方國家已率先對近海風(fēng)電技術(shù)進(jìn)行了研究。 以下為 20xx 年 世界風(fēng)電 新增裝機(jī)容量 前 10 位的國家。 （ 4） 風(fēng)力發(fā)電場建設(shè)周期短。隨著設(shè)備的改善，風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的單機(jī)容量與發(fā)電質(zhì)量不斷提高，這使得風(fēng)電成本下降，考慮到環(huán)保、交通等因素，風(fēng)電經(jīng)濟(jì)性逐步優(yōu)于火電。 yaw control systems。 本文 主要圍繞 風(fēng)電機(jī)組的偏航程序和部分運(yùn)動控制程序 展開討論。傳統(tǒng)結(jié)構(gòu)的能源已經(jīng)越發(fā)不能滿足社會的需求。 風(fēng)電機(jī)組 的控制系統(tǒng)是風(fēng)能領(lǐng)域中最重要的組成部分之一，它保證了風(fēng)電機(jī)組 安全有效的運(yùn)行。 經(jīng) 實(shí)驗(yàn)表明 , 該系統(tǒng)控制器運(yùn)行安全 ,穩(wěn)定性能良好。在在這幾個(gè) 能源中， 風(fēng)力發(fā)電無疑在應(yīng)用、經(jīng)濟(jì)和商業(yè)化方面都最具潛力。相對于火電和核電更為環(huán)保。 風(fēng)力發(fā)電現(xiàn)狀 世界風(fēng)力發(fā)電現(xiàn)狀 （ 1）世界風(fēng)電工業(yè)高速發(fā)展 盡管 20xx 年全球經(jīng)濟(jì)低迷，但風(fēng)能發(fā)展卻保持良好勢頭。根據(jù)丹麥 RIS 國家研究實(shí)驗(yàn)室對安裝在丹麥的風(fēng)電機(jī)組所進(jìn)行的評估，從 1981～ 20xx 年間，風(fēng)電成本由 歐分 /kWh下降到 歐分 /kWh，預(yù)計(jì) 20xx 年度電成本下降至 3 歐分 /kWh， 2020 年降低至 歐分 /kWh[4]。 在我國風(fēng)力資源較豐富的邊遠(yuǎn)、無電、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)力沈陽工業(yè)大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 3 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]。 風(fēng)電的快速發(fā)展，與國家的政策扶持密不可分。 在今后的幾十年內(nèi)，國際上風(fēng)力發(fā)電行業(yè)將是發(fā)展和增長速度最快的行業(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；在我國國內(nèi)，并網(wǎng)型 風(fēng)電機(jī)組 裝機(jī)容量的增長速度明顯在加快，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 。由于小型風(fēng)力機(jī)的結(jié)構(gòu)簡單、體型較小，它 常用尾翼作為調(diào)向機(jī)構(gòu)。同時(shí)主控制器發(fā)出指令驅(qū)動偏航電機(jī)，以調(diào)整機(jī)艙的方向，達(dá)到對準(zhǔn)風(fēng)向的目的 [11]。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，葉尖動作；稍后，機(jī)械剎車一路壓力油進(jìn)入剎車油缸，驅(qū)動剎車夾鉗，使葉輪停止轉(zhuǎn)動。 液壓泵由壓力傳感器 12 的信號控制。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。 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。 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。當(dāng)風(fēng)速達(dá)到啟動風(fēng)速時(shí)，槳葉向 0176。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?？刂菩盘柕慕o定值是恒定的，即額定功率。為 PLC 的 CPU 和 24V 直流負(fù)載電路提供電源。 存放應(yīng)用軟件的存儲器稱為用戶程序存儲器。 （ 3）安裝簡單，容易檢修 。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。 PLC 是面向工礦企業(yè)的工控設(shè)備，接口容易。機(jī)械驅(qū)動機(jī)構(gòu)包括： 1 偏航軸承、 2 偏航驅(qū)動裝置、 3 偏航制動器。偏航系統(tǒng) 通過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，減速器傳動比很大，通常在 1：1000 左右，因此采用多級減速器，一般采用二到三級平行軸斜齒輪減速器和兩級行星減速器組合而成（ BONUS 和 NEGMicon 機(jī)組采用這種機(jī)構(gòu)）。 沈陽工業(yè)大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 12 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)向無關(guān)。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)動而被 切割 ,光電三極管即產(chǎn)生脈沖輸出。測量范圍為 0～ 360176。 電路設(shè)計(jì) 電路設(shè)計(jì)見附錄 一。 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。 為了實(shí)現(xiàn)這樣的伺服控制，通過對整個(gè)偏航系統(tǒng)的控制過程進(jìn) 行分析。方向。 人工偏航控制 人工偏航是指當(dāng)風(fēng)力發(fā)電機(jī)自動偏航失效、人工解纜或者是在需要維修和時(shí)，通過人工送命令來控制風(fēng)力發(fā)電機(jī)偏航的操作。 解纜 程序設(shè)計(jì)思想 無論是自動對風(fēng)程序還是自動解纜程序，對機(jī)艙位置的記錄都是不可或缺的一部分。偏航齒輪有 126 個(gè)齒， 當(dāng)位置傳感器 A 對準(zhǔn)偏航齒輪一個(gè)齒的齒頂，位置傳感器 B 對準(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： 個(gè) （ 41） 位置傳感器精度為： （ 42） ??? 沈陽工業(yè)大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 18 通過兩個(gè)位置傳感器的錯(cuò)位安裝，可得此時(shí)精度小于 1176。 解纜結(jié)束 記錄當(dāng)前位置 ?? ?? 504360沈陽工業(yè)大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 19 自動解纜程序見附錄 二 。 控制算法： 將偏航角歸算到 180176。 θ 180176。 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) ,可以通過計(jì)數(shù)傳感器進(jìn)行測量取整數(shù)。 θ 360176。模擬值輸入模塊用于將輸入的模擬量信號轉(zhuǎn)換成為 CPU 內(nèi)部處理的數(shù)字信號；模擬量輸出模塊用于將 CPU 送給它的數(shù)字信號轉(zhuǎn)換成相應(yīng)比例的電壓信號或電流信號，對執(zhí)行機(jī)構(gòu)進(jìn)行調(diào)節(jié)或控制。若 BIPOLAP 為 1，表示 K1和 K2 的數(shù)值為雙極性；若 BIPOLAP 為 0，表示 K11 和 K2 的數(shù)據(jù)為單極性。 順時(shí)針偏航對風(fēng) 逆時(shí)針偏航對風(fēng) 順時(shí)針偏航對風(fēng) 逆時(shí)針偏航對風(fēng) 延時(shí) 延時(shí) 延時(shí) 延時(shí) 夾角 θ 在允許范圍內(nèi) 記錄當(dāng)前位置 176。 主程序設(shè)計(jì) 以上程序只是主程序的一部分，需要將其編入主程序中。 開始 機(jī)艙偏航角度絕對值 ≥ 1080176。電機(jī)該按鈕，可打開 S7PLCSIM 軟件及模擬 CPU，當(dāng) S7PLCSIM 軟件運(yùn)行時(shí)，可自動地連接到模擬的 CPU 上。 （ 8） 通過對輸入 /輸出存儲器、位存儲器、定時(shí)器和計(jì)數(shù)器的操作，可以記錄一系列的實(shí)踐，并且可回放使它自動進(jìn)行程序測試。 （ 3）模擬機(jī)艙 轉(zhuǎn)動 。 以檢驗(yàn)程序是否能在真實(shí)環(huán)境下運(yùn)行。 （ 4） 通過創(chuàng)建變量表，可以存取模擬 PLC 的輸入 /輸出存儲器、累加器和寄存器中的數(shù)據(jù)。它能夠在 PG/PC 上模擬 S7300、 S7400 系列 CPU 中用戶程序的執(zhí)行過程。 主程序應(yīng)先檢查風(fēng)速是否達(dá)到切入風(fēng)速，當(dāng)達(dá)到切入風(fēng)速后，啟動風(fēng)力發(fā)電機(jī)組。 γ 0176。 沈陽工業(yè)大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 21 自動對風(fēng)子程序 Y N Y 圖 46 自動對風(fēng)控制子程序流程圖 開始 讀取風(fēng)向角值 α， 由風(fēng)向傳感器輸入信號進(jìn)入 PLC 模擬量模塊 讀取機(jī)艙位置（偏航角 γ） 得到風(fēng)向角 α與 的夾角為 θ， 夾角 θ 在允許范圍內(nèi) 360θ?180176。模擬量輸入接受到這些標(biāo)準(zhǔn)模擬量信號后，通過 ADC轉(zhuǎn)換為與模擬量成正比例的數(shù)字量信號，并存放在 緩沖器（ PIW）中。）， 風(fēng)電機(jī)組 將執(zhí)行偏航對風(fēng)，當(dāng)此角度達(dá)到設(shè)定角度（ 1176。 θ 180176。 θ 0176。之間（用 表示），再與風(fēng)向角進(jìn)行計(jì)算比較，以確定風(fēng)機(jī)偏航對風(fēng)的方向。為了確定電機(jī)的轉(zhuǎn)向使風(fēng)力機(jī)轉(zhuǎn)過最小路徑，即偏航時(shí)間最短， 需要設(shè)計(jì)偏航算法。 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]。 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 沈陽工業(yè)大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 17 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)會發(fā)生變化。 偏航解纜程序設(shè)計(jì) 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)。 ~1080176。 控制器 放大器 偏航機(jī)構(gòu) 風(fēng)力機(jī) 偏航計(jì)數(shù) 監(jiān)測元件 沈陽工業(yè)大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 15 N N Y Y Y 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。時(shí)，需要啟動自動解纜控制程序，通過偏航調(diào)節(jié)使整個(gè)機(jī)艙回轉(zhuǎn) 1080176。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)動互鎖、手自動切換、左右偏航極限位置保護(hù)。 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)艙可能長時(shí)間向一個(gè)風(fēng)向偏航數(shù)圈，這樣會 造成電纜的纏繞， 如果旋轉(zhuǎn)過多圈，電纜將會損壞 。 圖 32 風(fēng)速傳感器結(jié)構(gòu)原理圖 風(fēng)向的測量 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稱的平衡裝置。固定在支架上或互成 90176。 風(fēng)速風(fēng)向傳感器 風(fēng)向風(fēng)速信號作為偏航控制系統(tǒng)中最關(guān)鍵的輸入信號，對其準(zhǔn)確的測量將影