【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，整個風向標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部分，空杯的凹面都順向一個方向。風作為矢量，既有大小，又有方向，其測量包括風向和風速兩項。 在大型風電機組上通常由兩臺或多臺驅動器驅動偏航系統(tǒng)。 本章小結 本章對風力發(fā)電的運動控制系統(tǒng)的各個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，使平均故障間隔時間長，故障修復時間短。 各種模塊上 也 均有運行和故障指示裝置，便于用戶了解運行情況和查找故障。 （ 5） 功能模塊 沈陽工業(yè)大學本科生畢業(yè)設計（論文） 10 如計數(shù)、定位等功能模塊。當 PLC 投入運行時，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，經過命令解釋后按指令的規(guī)定執(zhí)行邏輯或算數(shù)運算的結果送入 I/O 映象區(qū)或數(shù)據(jù)寄存器內。它采用可以編制程序的存儲器，用來在其內部存儲執(zhí)行邏輯運算、順序運算、計時、計數(shù)和算術運算等操作的指令，并能通過數(shù)字式或模擬式的輸入和輸出，控制各種類型的機械或生產過程。 欠功率運行狀態(tài) 欠功率狀態(tài)是指發(fā)電機并入電網后，由于風速低于額定風速，發(fā)電機在額定功率以下的低功率狀態(tài)運行。轉速控制器按照發(fā)電機轉速的大小，相應改變槳距角設定值的大小。變槳距風電機組根據(jù)變距系統(tǒng)所起的作用可分為 3 種運行狀態(tài)，即風電機組的啟動狀態(tài)（轉速控制）、欠功率狀態(tài)（不控制）和額定功率狀態(tài)（功率控制） [13]。 在停機狀態(tài)，液壓泵繼續(xù)自動停 / 起運轉。之間運動。當壓力降至 130bar 以下時，泵起動；在 145bar 時，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械剎車機構。風機液壓系統(tǒng)是一個公共服務系統(tǒng)，它為風力發(fā)電機上一切使用液壓作為驅動力裝置提供動力。 沈陽工業(yè)大學本科生畢業(yè)設計（論文） 5 中小型風機可用舵輪作為調向系統(tǒng)。 風電機組 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)、并網控制器和液壓控制系統(tǒng)。推動了我國大型風力發(fā)電的建設。截至 20xx 年年底 ,中我國國內的風能裝機容量 2500 萬 kW，共建有 42 個風電場，分布在 13 個?。ㄊ?、自治區(qū)） 。包括瑞典、丹麥、荷蘭和英國在內的西方國家已率先對近海風電技術進行了研究。 以下為 20xx 年 世界風電 新增裝機容量 前 10 位的國家。 （ 4） 風力發(fā)電場建設周期短。隨著設備的改善，風力發(fā)電機組的單機容量與發(fā)電質量不斷提高，這使得風電成本下降，考慮到環(huán)保、交通等因素，風電經濟性逐步優(yōu)于火電。 yaw control systems。 本文 主要圍繞 風電機組的偏航程序和部分運動控制程序 展開討論。傳統(tǒng)結構的能源已經越發(fā)不能滿足社會的需求。 風電機組 的控制系統(tǒng)是風能領域中最重要的組成部分之一，它保證了風電機組 安全有效的運行。 經 實驗表明 , 該系統(tǒng)控制器運行安全 ,穩(wěn)定性能良好。在在這幾個 能源中， 風力發(fā)電無疑在應用、經濟和商業(yè)化方面都最具潛力。相對于火電和核電更為環(huán)保。 風力發(fā)電現(xiàn)狀 世界風力發(fā)電現(xiàn)狀 （ 1）世界風電工業(yè)高速發(fā)展 盡管 20xx 年全球經濟低迷，但風能發(fā)展卻保持良好勢頭。根據(jù)丹麥 RIS 國家研究實驗室對安裝在丹麥的風電機組所進行的評估，從 1981～ 20xx 年間，風電成本由 歐分 /kWh下降到 歐分 /kWh，預計 20xx 年度電成本下降至 3 歐分 /kWh， 2020 年降低至 歐分 /kWh[4]。 在我國風力資源較豐富的邊遠、無電、缺電地區(qū)適合發(fā)展中小型獨立運行的風電系統(tǒng)，以解決這些地區(qū)的生活用電和部分生產用電；在風力沈陽工業(yè)大學本科生畢業(yè)設計（論文） 3 資源豐富的南方，電網通達的地區(qū)，應以 發(fā)展較大規(guī)模的并網風電系統(tǒng)為主，補充和部分替代常規(guī)能源，提高當?shù)氐沫h(huán)境質 量 [5]。 風電的快速發(fā)展，與國家的政策扶持密不可分。 在今后的幾十年內，國際上風力發(fā)電行業(yè)將是發(fā)展和增長速度最快的行業(yè)，風力發(fā)電技術也將進入其發(fā)展迅速的黃金時期；在我國國內，并網型 風電機組 裝機容量的增長速度明顯在加快，離網型 風電機組 的發(fā)展地域性廣，潛力大，裝機總容量將最終超越并網型的 風電機組 。由于小型風力機的結構簡單、體型較小，它 常用尾翼作為調向機構。同時主控制器發(fā)出指令驅動偏航電機，以調整機艙的方向，達到對準風向的目的 [11]。當需要停機時，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，機械剎車一路壓力油進入剎車油缸，驅動剎車夾鉗，使葉輪停止轉動。 液壓泵由壓力傳感器 12 的信號控制。點劃線內是帶控制放大器的比例閥，設有內部 LVDT 反饋。 電磁閥 211 斷電時，先導管路壓力油排放到油箱；先導止回閥 24 不再保持在雙向打開位置，但仍然 保持止回閥的作用，只允許壓力油流進缸筒。 緊急順槳的速度由二個節(jié)流閥 171 和 172 控制并限制到約 9176。當風速達到啟動風速時，槳葉向 0176。方向打開，直到發(fā)電機轉速上升到同步轉速附近，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 直流負載電路提供電源。 存放應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立，以免電源之間的干擾。 PLC 是面向工礦企業(yè)的工控設備，接口容易。機械驅動機構包括： 1 偏航軸承、 2 偏航驅動裝置、 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 機組采用這種機構）。 沈陽工業(yè)大學本科生畢業(yè)設計（論文） 12 風電機組上常常采用的是風杯風速計，它的優(yōu)點在于它與風向無關。轉盤有多個齒度 ,發(fā)光管 LED 發(fā)射的光束 因磁盤的轉動而被 切割 ,光電三極管即產生脈沖輸出。測量范圍為 0～ 360176。 電路設計 電路設計見附錄 一。 在 風電機組 工作時，如果向一個方向偏航的角度過大，將使由機艙引入塔架的各類電纜發(fā)生纏繞，影響整個發(fā)電機組的正常工作。 為了實現(xiàn)這樣的伺服控制，通過對整個偏航系統(tǒng)的控制過程進 行分析。方向。 人工偏航控制 人工偏航是指當風力發(fā)電機自動偏航失效、人工解纜或者是在需要維修和時，通過人工送命令來控制風力發(fā)電機偏航的操作。 解纜 程序設計思想 無論是自動對風程序還是自動解纜程序，對機艙位置的記錄都是不可或缺的一部分。偏航齒輪有 126 個齒， 當位置傳感器 A 對準偏航齒輪一個齒的齒頂，位置傳感器 B 對準同一個齒的齒底，此時位置傳感器 A 輸出為高電平，位置傳感器 B 輸出為低電平，將一個齒 分為四種狀態(tài)，則偏航齒輪的狀態(tài)數(shù)計算可得： 個 （ 41） 位置傳感器精度為： （ 42） ??? 沈陽工業(yè)大學本科生畢業(yè)設計（論文） 18 通過兩個位置傳感器的錯位安裝，可得此時精度小于 1176。 解纜結束 記錄當前位置 ?? ?? 504360沈陽工業(yè)大學本科生畢業(yè)設計（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) ,可以通過計數(shù)傳感器進行測量取整數(shù)。 θ 360176。模擬值輸入模塊用于將輸入的模擬量信號轉換成為 CPU 內部處理的數(shù)字信號；模擬量輸出模塊用于將 CPU 送給它的數(shù)字信號轉換成相應比例的電壓信號或電流信號，對執(zhí)行機構進行調節(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。 順時針偏航對風 逆時針偏航對風 順時針偏航對風 逆時針偏航對風 延時 延時 延時 延時 夾角 θ 在允許范圍內 記錄當前位置 176。 主程序設計 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 機艙偏航角度絕對值 ≥ 1080176。電機該按鈕，可打開 S7PLCSIM 軟件及模擬 CPU，當 S7PLCSIM 軟件運行時，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、定時器和計數(shù)器的操作，可以記錄一系列的實踐，并且可回放使它自動進行程序測試。 （ 3）模擬機艙 轉動 。 以檢驗程序是否能在真實環(huán)境下運行。 （ 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。 主程序應先檢查風速是否達到切入風速，當達到切入風速后，啟動風力發(fā)電機組。 γ 0176。 沈陽工業(yè)大學本科生畢業(yè)設計（論文） 21 自動對風子程序 Y N Y 圖 46 自動對風控制子程序流程圖 開始 讀取風向角值 α， 由風向傳感器輸入信號進入 PLC 模擬量模塊 讀取機艙位置（偏航角 γ） 得到風向角 α與 的夾角為 θ， 夾角 θ 在允許范圍內 360θ?180176。模擬量輸入接受到這些標準模擬量信號后，通過 ADC轉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。）， 風電機組 將執(zhí)行偏航對風，當此角度達到設定角度（ 1176。 θ 180176。 θ 0176。之間（用 表示），再與風向角進行計算比較，以確定風機偏航對風的方向。為了確定電機的轉向使風力機轉過最小路徑，即偏航時間最短， 需要設計偏航算法。 確定了如何判斷繞纜方向后，利 用公式（ 42）計算扭 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]。 利用兩個位置傳感器錯開安裝的方式，安裝示意圖如圖 44 所示 沈陽工業(yè)大學本科生畢業(yè)設計（論文） 17 圖 44 位置傳感器的安裝示意圖 當位置傳感器 A 和 B 掃描一個齒時， A 和 B 的狀態(tài)會發(fā)生變化。 偏航解纜程序設計 由于風向的不確定性，風力發(fā)電機就需要經常偏航對風，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力發(fā)電機的轉動而扭轉。 ~1080176。 控制器 放大器 偏航機構 風力機 偏航計數(shù) 監(jiān)測元件 沈陽工業(yè)大學本科生畢業(yè)設計（論文） 15 N N Y Y Y 圖 42 偏航程序流程圖 此處先定義風向角和偏航角： 風向角 α 的范圍是 180176。時，需要啟動自動解纜控制程序，通過偏航調節(jié)使整個機艙回轉 1080176。以 PLC 為控制單位設計了偏航系統(tǒng)電路圖，該線路設計 考慮 到了 左右偏航驅動互鎖、手自動切換、左右偏航極限位置保護。 圖 33 風向傳感器結構原理圖 偏航保護 有時機艙可能長時間向一個風向偏航數(shù)圈，這樣會 造成電纜的纏繞， 如果旋轉過多圈，電纜將會損壞 。 圖 32 風速傳感器結構原理圖 風向的測量 風向標一般是由尾翼、指向桿、平衡錘以及旋轉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。 風速風向傳感器 風向風速信號作為偏航控制系統(tǒng)中最關鍵的輸入信號，對其準確的測量將影