【正文】 本文主要研究風電機的控制策略和控制方法，由于外界因素影響大，導致風不穩(wěn)定，而且風電機組的容量逐步增大不適宜適應多變的外界環(huán)境，風電系統(tǒng)和電網(wǎng)之間聯(lián)系也越來越復雜，所以對控制方法要求很高。隨著單機容量提高，為應對極限載荷和疲勞載荷的挑戰(zhàn)，新的直驅變速變漿和雙饋變速變漿逐步成為兆千級風力發(fā)電機的主流技術。近代風力發(fā)電機發(fā)展可以分為三個階段[2]：第一階段，在20世紀70至80年代。它的特點是生產運用過程安全清潔，成本花費較低，來源不受限制。中國開始利用風車作為動力大約在13世紀中葉。 programmable controller。 學號： 2010509044 浙 江 大 學 畢業(yè)設計（論文） 題 目 基于PLC的風力發(fā)電控制系統(tǒng)設計 學 生 學 院 專業(yè)班級 校內指導教師 專業(yè)技術職務 校外指導老師 專業(yè)技術職務 二○一二年六月基于PLC的風力發(fā)電控制系統(tǒng)設計摘 要：近年來隨著經(jīng)濟的不斷發(fā)展和人們生活水平的不斷改善，在世界范圍內石油、煤炭這些不可再生資源的使用量已經(jīng)大大超過環(huán)境所能承受的范圍，燃燒發(fā)電廠產生的污染物也對地球環(huán)境產生了負影響。關鍵詞：風力發(fā)電；可編程控制器；偏航；溫度控制The Control System of Wind Power Based on PLCAbstract：In recent years, with the continuous development of the economy and people’s living standards continue to improve, in the scope of world petroleum, oil and coal these nonrenewable resource consumption was significantly more than the environment can stand. Combustion power generation of pollutants generated also produced negative effect to the environment of the earth. However, the wind energy is a clean, renewable energy power generation, it has tremendous development potential and business activity in this area. With the progress of science and technology, puter and programmable control of the level of scientific research in ascension, for wind power control research provides a new way. In this paper, aiming at these characteristics of uncertainty and randomness wind energy, we can use Siemens programmable controller S7200 to wind power control. The main contents include drawing the corresponding electrical schematic diagram and the flow chart, selecting the PLC and electrical ponents, turbine startup control, yaw control, temperature control, transformer control and so on. In this paper, it gives detailed explanation of the control principle and the function of each module and control program. Finally, it needs testing and simulation, using of STEP7Micro/WIN32 programming software for the PLC program debugging, simulation and online diagnosis and so on, so that the simulation results meet the design requirements.Key words：wind power generation。到19世紀中葉蒸汽機出現(xiàn)之后，以風能為主能源的應用才逐漸減少。風能是種取之不盡、用之不竭的可再生能源之一。在全球能源危機和環(huán)境日益脆弱的嚴重背景下，風能資源的開發(fā)越來越受到普通民眾關注。兆千級的風力發(fā)電機成為主要趨勢，海上風電開始大規(guī)模發(fā)展。使風電控制相自動化智能化一體化方向發(fā)展。而北方以及西北內陸地區(qū)，冬季風勢力強勁，所以這些地區(qū)風能資源主要集中在冬季。（3）新方案和新技術的應用：例如變速恒頻技術和變槳距調節(jié)技術在功率調節(jié)方法上的應用，計算機分布式控制技術和新的控制理論應用。2003年底，全球風力發(fā)電裝機總容量突破4000萬千瓦，％。20世紀初時歐洲地區(qū)累計風電裝機容量為2930萬千瓦，約占全球風電總裝機容量的73％。過去幾年風電裝機量在美國的新增裝機里占到了三分之一，而且正在努力實現(xiàn)到2030年使風電能提供美國20%的用電量的目標，這也是布什政府之前的政策之一。 主要內容及章節(jié)安排在本文中，設計一個風力發(fā)電機組的控制系統(tǒng)，主控制器為可編程控制器西門子S7200。第二章主要介紹了發(fā)電機組的組成和空氣動力學的相關知識。最后一章是對本文的分析和總結，列出設計中的不足之處及改進方案。所以在原有的基礎上，增加了偏航系統(tǒng)，齒輪箱，控制系統(tǒng)，停機系統(tǒng)等部件更加有效地使用風能。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。 機艙及其組件 風力發(fā)電機的機艙承擔容納所有的機械零部件，起到支撐作用。一般選用直流發(fā)電機、永磁發(fā)電機、同步交流發(fā)電機、異步交流發(fā)電機等作為風電專用發(fā)電機。 塔架部件 塔架的功能是支撐位于空中的機艙、輪片等風力發(fā)電主要器件，一般要求高度達到六十米以上，且塔架與地基相連接處要求牢固，能夠承受強大的風力沖擊以及有風力發(fā)電系統(tǒng)運行引起的不同載荷，將這些載荷接地消除，使得整個系統(tǒng)能夠平穩(wěn)安全地運行下去。圖23為風力發(fā)電機組控制系統(tǒng)示意圖。v3ρS （） 據(jù)風能表達式可知，風能的大小與流過截面的面積和氣體的密度相關且成正比，與氣體流速的立方也成正比。最后還有將輸出的直流電流經(jīng)過濾波器濾波，送入電流變換裝置成為三相交流電，這兩部分控制要求在本文中不涉及。在正常風速范圍內，發(fā)電機啟動，接下來進行各類控制，控制的目的是使風力得到最大程度的利用。N發(fā)電機啟動模塊的順序控制流程圖如下：NY圖 32 初始化啟動控制流程圖（2）偏航控制模塊偏航控制系統(tǒng)包含偏航控制機構與偏航驅動機構[5]。這是個典型的位置伺服控制系統(tǒng)。當風向發(fā)生改變，超出允許誤差范圍時，控制器發(fā)出自動偏航指令，風向傳感器和偏左、偏右電動機組成的自動對風系統(tǒng)執(zhí)行校正動作。當角度155176。時，向左偏航電機將連續(xù)工作20秒，當角度在195176。圖 34 偏航控制流程圖（3）溫度控制模塊在閉環(huán)控制系統(tǒng)中，用溫度傳感器檢測溫度，送入PLC的模擬量的輸入模塊，進行A/D轉換將傳感器輸出的模擬信號轉換為與溫度成比例的標準的數(shù)字信號，PLC將它與溫度參定值進行比較，按照PID控制算法對誤差進行運算，將運算結果再送入模擬量輸出模塊，進行D/A轉換為模擬信號，將電力設備運作產生的熱氣排出室外，并且控制冷卻機運作，向室內傳送冷氣流進行降溫，這樣實現(xiàn)對溫度的閉環(huán)控制。微分系數(shù)TD反應系統(tǒng)偏差的變化率，預見偏差變化的趨勢，因此能產生超前的控制作用。在比例控制下穩(wěn)態(tài)誤差不能滿足要求時，則需要加入積分控制。系數(shù)越大，偏差也隨之變大，過渡過程容易震蕩。因此。所以將機艙溫度控制在一定范圍內是很重要的。兩個開關量進行啟動和開啟送風電動機。變壓器控制流程圖如下：圖 312 變壓器控制流程圖在這個變壓器控制系統(tǒng)中，我們需要2個開關量輸入點，2個開關量輸出點。在本文中，系統(tǒng)所需開關量輸入點數(shù)為11個，開關量輸出點數(shù)為11個，模擬量輸入點數(shù)為4個，模擬量輸出點數(shù)為2個。（1）電機的選擇：風力發(fā)電機選用雙饋異步發(fā)電機。溫度傳感器選用PT100風管式溫度傳感器。~189176。常用于調用初始化該位提供了一個周期為1秒鐘， 累加寄存器AC0、AC1用于存放數(shù)據(jù)，如運算數(shù)據(jù)、中間數(shù)據(jù)和結果數(shù)據(jù)~接收外部的開關信號~控制外部負載的開關信號（4）接觸器的選擇：發(fā)電機的開關使用交流接觸器。最后指出控制系統(tǒng)的I/O地址分配表。隨著科技水平的不斷推進，可編程控制器也跟緊著步伐踏入了集成電路的行列。它由微處理器（CPU）、控制電路、運算器與寄存器組成。開關量輸入模塊接受按鈕啟停開關，選擇開關等開關量信號；模擬量輸入模塊接受連續(xù)變化的模擬量電流電壓信號。在運行模式，控制器執(zhí)行內部程序來實現(xiàn)控制管理，其過程是讀取輸入，將數(shù)據(jù)信息存放在輸入過程映像寄存器和輸出過程映像寄存器中，執(zhí)行用戶程序，CPU從指令的第一條開始執(zhí)行，逐條執(zhí)行用戶的程序，然后進行通信處理，接受請求方信息并將信息傳遞給對方，緊接著自診斷檢查，定期檢查處理器內操作和各模塊工作狀態(tài)，最后是改寫輸出，CPU執(zhí)行完用戶程序后，將輸出過程映像寄存器中數(shù)據(jù)傳輸?shù)捷敵瞿K，并且鎖存數(shù)據(jù)，這一階段的工作完成，控制器就進入下一階段重新對另一用戶程序開始工作，一直循環(huán)下去。PLC的成本逐年降低，性能逐年提升，越來越來獲得消費者的需求，具有很高的性價比。PLC在硬件上和內部軟件上都采用了抗干擾措施，使用它的抗干擾性很高。（2）運動控制PLC能對直線運動、圓周運動與速度、加速度施以控制，將運動控制與程序控制有機結合起來。在工控各領域都要用到這一應用。假設模擬量的標準電信號為A0Am（例如：420mA），A/D轉換以后的數(shù)值為D0Dm（例如：640032000），模擬量的標準電信號是A，A/D轉換后的相應數(shù)值為D，由于是線性關系，函數(shù)關系A=f（D）可以表示為數(shù)學方程： A=(DD0) (AmA0)/(DmD0)+A0 ()根據(jù)該方程，可以依據(jù)D的值計算出A值。模擬量轉換后存在VD220，將VD220中數(shù)值與正常風力發(fā)電參數(shù)的上下限值進行比較，在3m/s5m/s風速范圍內有信號則啟動發(fā)電機（）；假若大于風速范圍，則發(fā)出停機警報（），工作人員察覺后可以手動停機。時輸出20mA。圖 44 風向標夾角區(qū)間設置梯形圖圖44表示將風向標夾角（范圍145176。189176。表示正對迎風面。在合適的風向范圍內（傳感器、電機工作有誤差171176。171176。在145176。155176。區(qū)間控制方法也是如出一轍。在195176。屬于傳感器和電機運作的誤差范圍之內，所以不需要偏航電機對其進行控制，只需對其這種狀態(tài)進行顯示，打開指示燈（）顯示在合適的風向標夾角內。每一個控制對象都有溫度傳感器檢測室內溫度值。，兩者均為上升沿時有效接通。所以PLC輸出的數(shù)字量必須為16000（16000PID輸出值），這樣才能實現(xiàn)溫度的控制。由于塔架內部溫度控制與機艙溫度控制方式類似且限于篇幅，將塔架內部溫控系統(tǒng)程序略去。該儀表的量程設置為0100℃，即0℃時輸出4mA，100℃時輸出20mA。中斷子程序的作用是對機艙與塔架內部進行PID控制，具體進行PID運算并且進行調溫控制。將其送至AC0，AC0*，ROUND指令使得AC0內的值轉換為整數(shù)，DTI指令使得AC0內的雙整數(shù)轉為整數(shù)，VW216ACO送VW216,所得控制值就為VW216內的最終PID輸出值。 本章小結 本章主要介紹了可編程控制器的相關知識，例如它的發(fā)展歷程、編程語言、基本結構、工作原理、特點與應用領域。中斷程序是用于PID運算。在調試仿真程序中，利用STEP7Micro/WIN32編程軟件和MCGS組態(tài)軟件分別進行調試和監(jiān)控。215176。參 考 文 獻[1][J].中國科技產業(yè)，2006：6971.[2][M].北京：中國電力出版社，2007：18.[3][J].電氣時代，2008（3）：1519.[4][D]．內蒙古科技大學，2005.[5][D]．華北電力大學科技學院機械工程系，2011.[6]—偏航控制方法的研究[D].西華大學水利水電工程系，2008.[7][M] .北京:機械工業(yè)出版社,2002.[8][M].北京：電子工業(yè)出版社，2010.[9][M].北京：人民郵電出版社，2011.[10][M].北京：機械工業(yè)出版社，2010.[11]程安宇，趙蘭濤，倪紅霞，陳卓， S7200/300[M].北京：人民郵