【正文】 機轉(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。 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。點劃線內(nèi)是帶控制放大器的比例閥，設有內(nèi)部 LVDT 反饋。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(qū)動剎車夾鉗，使葉輪停止轉(zhuǎn)動。由于小型風力機的結(jié)構(gòu)簡單、體型較小，它 常用尾翼作為調(diào)向機構(gòu)。 風電的快速發(fā)展，與國家的政策扶持密不可分。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]。相對于火電和核電更為環(huán)保。 經(jīng) 實驗表明 , 該系統(tǒng)控制器運行安全 ,穩(wěn)定性能良好。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。 yaw control systems。 （ 4） 風力發(fā)電場建設周期短。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電技術(shù)進行了研究。推動了我國大型風力發(fā)電的建設。 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(diào)向系統(tǒng)。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(gòu)。之間運動。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(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]。 欠功率運行狀態(tài) 欠功率狀態(tài)是指發(fā)電機并入電網(wǎng)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。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(jīng)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(jié)果送入 I/O 映象區(qū)或數(shù)據(jù)寄存器內(nèi)。 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。 本章小結(jié) 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。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。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。 沈陽工業(yè)大學本科生畢業(yè)設計（論文） 14 第 4 章 偏航系統(tǒng)控制編程 程序本體流程 風電機組 的偏航控制主要完成兩個功能： （ 1）使風輪跟蹤方向變化，利于最大風能的捕獲； （ 2）當機艙內(nèi)的電纜發(fā)生纏繞時自動解纜。 ~180176。如果風力發(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，因此必須設法解纜。 當 A、 B傳感器狀態(tài)由狀態(tài) 00變?yōu)?10時，風機為順時針偏航，此時β自動加 1，反之β自動減 1。其中， n 表示電纜已扭轉(zhuǎn)的整圈數(shù)， n =0， 1,2,3. （ 1） 當偏航角 γ 0176。 順時針偏航 θ角度對風 0,1,2 180176。 CPU 通過“ L PIWx”指令讀取模擬量輸入模塊緩沖器中的數(shù)字信號，并傳送到 CPU 制定的存儲區(qū)中 [29]。 γ 0176。可以在開發(fā)階段發(fā)現(xiàn)和排除錯誤。另外，要運行本課題的偏航程序，必須額外添加一段程序以模擬機艙的轉(zhuǎn)動。 （ 7） 可以利用模擬 PLC 的中斷組織塊 OB 的功能測試程序特性。 程序中了實現(xiàn)偏航行走最短路徑，如何提高測量機艙角度精確性，風向風速測量值的轉(zhuǎn)化和電纜纏繞。 θ360176。在 PLC系統(tǒng)中， CPU 以二進制格式來處理模擬值。則風機需進行順時針偏航對風，使順時針偏航信號 =1。時，可停止偏航 [28]。利用位置傳感器檢測風力發(fā)電機繞纜達到三圈時進行解繞。當需要調(diào)整方向時，控制器發(fā)出信號給偏航驅(qū)動機構(gòu)，以調(diào)整機艙的方向， 使 風電機組 的風輪始終處于迎風狀態(tài)，充分利用風能，提高風電機組 的發(fā)電效率 。夾角。若控制系統(tǒng)沒有自動進行解纜，當電纜纏繞達到允許的極限時，觸發(fā)紐纜開關的安全鏈保護，機組緊急停機，等待人工處 理 [23]。首先 齒盤 可隨軸轉(zhuǎn)動，并 安置于光電耦合器的發(fā)光管與光電三極管之間 ,光電耦合器裝于印制電路板上。偏航停止時， 剎車抱閘 。 （ 6）易學易用。 （ 2） 使用方便，編程簡單，簡明的梯形圖、邏輯圖或語句表等編程語言采用的是常規(guī)控制電路的設計思想，它更能為計算機知識薄弱的工作人員接受， 因此系統(tǒng)開發(fā)周期短，現(xiàn)場調(diào)試容易。 PLC 可 直接連接到交流電網(wǎng)上去 ， 它將市電電壓（ AC 120V/230V）轉(zhuǎn)換成 DC 24V 的工作電壓。在這種情況下，槳葉槳距只是按所設定的變距速度將槳距角向 0176。油缸右端將由兩部分液壓油來填補： 一 部分來油缸左端通過電磁閥 19— 節(jié)流閥 17單向閥 115 和24 的重復循環(huán)油；另 一部分油來自油箱通過吸油管路及單向閥 115 和 24。在圖 中，控制器根據(jù)功率或轉(zhuǎn)速信號給出一個（－ 10＋ 10） V 的控制電壓，通過比例閥控制器轉(zhuǎn)換成一定范圍的電流信號，控制比例閥輸出流量的方向和大小。這兩個回路的工作任務是使機組運行時制動機構(gòu)始終保持壓力。 小微型風力機 指發(fā)電功率在 10 千瓦及其以下的風力發(fā)電機。中國政府目前公布的風電發(fā)展目標是 2025 年將達到 3000 萬 kW[6]。當每千瓦裝機成本為 700 歐元且 平均風速 為 7m/s 的地區(qū) ，風電 便可 與 火電、煤電相 競爭。而風電機組在發(fā)電過程中，不會對環(huán)境造成污染。該程序 根據(jù)風向、風 速傳感器采集的數(shù)據(jù)，經(jīng)由邏輯控制將控制信號輸出給執(zhí)行機構(gòu)，實現(xiàn) 自動對風、人工偏航和自動解纜等功能。所以可再生能源得到了越來越多的國家與地區(qū)的重視。 PLC。 相對于其他常規(guī)能源如：煤電、水電、核電等動輒數(shù)年的建設周期，風電的 單臺 風電機組 安裝 只用兩三個星期 ， 并可同時多臺安裝 。到 20xx 年末， 圍繞歐洲海岸線，海上風電總裝機 600MW。甘肅、內(nèi)蒙古、黑龍江、江蘇都紛紛開始上馬動輒 10 億元的風力發(fā)電項目 [7]。 當風向變化時，位于風輪后面兩舵輪（其旋轉(zhuǎn)平面與風輪旋轉(zhuǎn)平面相垂直）旋轉(zhuǎn)，并通過一套齒輪傳動系統(tǒng)使風輪偏轉(zhuǎn)，當風輪重新對準風向后，舵輪停止轉(zhuǎn)動， 偏航 結(jié)束 [10]。圖 22 為 VESTASV39 型 風電機組 液壓系統(tǒng)。為了提高整個變距系統(tǒng)的動態(tài)性能，在變距油缸上也設有 LVDT 位置傳感器。 啟動運行狀態(tài) 變槳距風輪的槳葉在靜止時，槳距角為 90176。與啟動運行相同的道理，在變槳距風力發(fā)電機組中，對欠功率狀態(tài)不加控制。等所有的用戶程序執(zhí)行完畢之后，最后將 I/O 映象區(qū)的各輸出狀態(tài)或輸出寄存器內(nèi)的數(shù)據(jù)傳送到相應的輸出裝置，如此循環(huán)運行，直到停止運行。 PLC 還有強大的自檢功能，這為它的維修提供了方便 [18]。包括偏航系統(tǒng)、變漿距控制系統(tǒng)和液壓系統(tǒng)。 風速的測量 風速計是測量空氣流速的儀器。在風的動壓力作用下，取得指向的來向的一個平衡位置，即為風向的指示。 偏航控制系統(tǒng)框圖如圖 41 所示。定義正北方向為風向角 0176。 當風機偏航超過 3 圈（ 177。以此類推，這樣就可以得到當前已紐纜的角度。時，則 176。 θ 0176。 在 PLC 程序中要對相應信號進行比較、運算時，通常先要將該型號轉(zhuǎn)換稱與傳感器量程對應的實際物理值。 沈陽工業(yè)大學本科生畢業(yè)設計（論文） 22 自動對風子程序見附錄 三。另外， S7PLCSIM 可供布局給硬件設備的讀者在學習時使用。這段模擬程序必須滿足下列條件。 （ 6） 同真實的 CPU 模塊一樣，在 S7PLCSIM 中可以改變 CPU 的運行模式。 本章小結(jié) 本章介紹了偏航系統(tǒng) 程序 的組成， 使用 STEP7 軟件 中的 LAD 編程語言編寫了偏航程序， 并給出 自動對風、自動解纜和自啟動 的流程圖和相應程序。 180176。 沈陽工業(yè)大學本科生畢業(yè)設計（論文） 20 模擬量輸入的轉(zhuǎn)換 連續(xù)變化的物理量稱為 模擬量，例如溫度、流量、壓力、速度等。 θ 180176。通常，當風向角與偏航角之間的 夾角 已經(jīng)減小到 1176。 表 41 順、逆時針方向位置傳感器 A、 B 狀態(tài)順序圖 左偏航兩 AB 信號的一個周期內(nèi)變化的情況 狀態(tài) 1 狀態(tài) 2 狀態(tài) 3 狀態(tài) 4 狀態(tài) 5 A 0 1 1 0 0 B 0 0 1 1 0 右偏航兩 AB 信號的一個周期內(nèi)變化的情況 狀態(tài) 1 狀態(tài) 2 狀態(tài) 3 狀態(tài) 4 狀態(tài) 5 A 0 0 1 1 0 B 0 1 1 0 0 當風力發(fā)電機電纜纏繞達到設定值時，解纜控制系統(tǒng)根據(jù)限位開關發(fā)出的信號控制解纜驅(qū)動器回轉(zhuǎn)相同轉(zhuǎn)數(shù)進行電纜解繞。 風向角和偏航角的定義如圖 43 所示 圖 43 風向角和偏航角 開始 延時 自動解纜 人工偏航 自動偏航 執(zhí)行自動解纜 執(zhí)行人工偏 航 執(zhí)行自動偏航 結(jié)束 沈陽工業(yè)大學本科生畢業(yè)設計（論文） 16 風力機偏航控制系統(tǒng)工作原理是通過測風傳感器檢測風向、風速，并將檢測到的風向信號送到控制器。當緊急停車時，需要通過偏航調(diào)節(jié)使機艙經(jīng)過最短的路徑與風向成 90176。 傳感器內(nèi)部設有微處理器和增量式編碼器，對尼龍齒輪旋轉(zhuǎn)齒數(shù)進行統(tǒng)計與判斷是否需要解纜，向哪個方向解纜以及何時停止解纜等。它通過統(tǒng)計單位時間脈沖數(shù)來測量風速。偏航時， 剎車松閘 。這是 PLC 產(chǎn)品的市場生存價值?，F(xiàn)代 PLC 具有豐富的功能及 各種擴展單元、智能單元和特殊功能模塊， 可以根據(jù)實際應用對象的要求，靈活組合出要求匹配的控制系統(tǒng)。如果沒有一個良好的、可靠的電源系統(tǒng)是無法正常工作的。 沈陽工業(yè)大學本科生畢業(yè)設計（論文） 8 轉(zhuǎn)速給定 發(fā)電機轉(zhuǎn)速 圖 23 變槳控制啟動狀態(tài)（轉(zhuǎn)速控制）框圖 為了使控制過程比較簡單，可以在轉(zhuǎn)速達到發(fā)電機同步轉(zhuǎn)速前對槳葉槳距并不加以控制。為了防止在緊急停機時，蓄能器內(nèi)油量不夠變距油缸一個行程，緊急順槳將由來自風的自變 漿 力完成。 變 漿 控制系統(tǒng)的節(jié)距控制是通過比例閥來實現(xiàn)的。通常它由兩個壓力保持回路組成，一路通過蓄能器供給葉尖擾流器，另一路通過蓄能器供給機械剎車機構(gòu)。它 主要有以下兩個功能 ：一是要控制風輪跟蹤變化穩(wěn)定的風向，以便風輪獲得最大的風能；二是當 風電機組 由于偏航作用，機艙內(nèi)引出的電纜發(fā)生纏繞時，自動解除纏繞。從國家能源局獲悉，今年一季度我國風力發(fā)電量達到 188 億 kW 時，增長 %，比同期火電、水電、核電增速高出 30 到 50 個百分點。 表 11 截止到 20xx 年世界新增風電裝機容量最多的 10 個國家 排名 國家 裝機容量（ MW） 排名 國家 裝機容量（ MW） 1 中國 17631 6 加拿大 1267 2 美國 6810 7 西班牙 1050 3 印度 3019 8 意大利 950 4 德國 2086 9 法國 830 5 英國 1293 10 瑞典 763 （ 2）風電成本逐年降低 風力發(fā)電的成本在過去 5 年中已下降了 20%。各國都在尋找可替代一次能源的新型環(huán)保能源。 最后，本文 結(jié)合偏航過程中的常見問題，如偏航最短路徑、 電纜的纏繞 和對風角計算等， 用 STEP7軟件 中的 LAD 編程語言 編寫了偏航程序。 風能是可再生能源中發(fā)展最快的清潔能源之一，其具有安全，無污染，清潔，儲量豐富等特點，受到各個國家的普遍重視。 hardware design 目 錄 摘要 .............................................................................................................................. Ⅰ Abstract ......................................................................................................................... Ⅱ 第 1 章 緒論 ................................................................................................................... 1 開發(fā)利用風力發(fā)電的動因 ...................................................................................... 1 風力發(fā)電現(xiàn)狀 ........................................................................................................ 1 世界風力發(fā)電現(xiàn)狀 ........................................................................................... 1 中國風力發(fā)電現(xiàn)狀 .....................