【導(dǎo)讀】高速、無(wú)刷勵(lì)磁旋轉(zhuǎn)、全功率的逆變”為核心的技術(shù)路線。主要的控制信號(hào)變送器，確定了傳感器的類型以及各硬件的配置；出了控制原理和結(jié)構(gòu)組成。

　　

【正文】 驅(qū)動(dòng)裝置來(lái)實(shí)現(xiàn)風(fēng)機(jī)對(duì)葉片 的異步控制。 湖南電氣職業(yè)技術(shù)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì) 22 圖 變槳距系統(tǒng)的構(gòu)成框圖 傳動(dòng)裝置是以法蘭連接鑄在輪轂壁的托架上。葉片軸承的內(nèi)齒和小齒輪互相嚙合并且在電機(jī)旋轉(zhuǎn)的時(shí)候調(diào)節(jié)葉片。驅(qū)動(dòng)裝置是由脈沖發(fā)送器的交流伺服電機(jī)和一個(gè)有從動(dòng)小齒輪的三級(jí)行星式傳動(dòng)裝置以及一個(gè)有制動(dòng)裝置和構(gòu)成。該系統(tǒng)使用減速比 ，造成漿距角的變化比較慢，由于一般的伺服電機(jī)的轉(zhuǎn)速比較高，因此需要減速機(jī)構(gòu)。 2葉片之間的最大許可相對(duì)偏差為 。葉片的同步運(yùn)轉(zhuǎn)是由控制裝置來(lái)調(diào)節(jié)的。 機(jī)艙內(nèi)的主控制器與輪轂內(nèi)的變槳控制器之間 通過(guò) DP總線連接，另外，變槳控制的供電電源是有機(jī)艙提供三相供電電源， DP總線及三相供電電源都是通過(guò)滑環(huán)連接。當(dāng)風(fēng)速高于啟動(dòng)風(fēng)速需要由停機(jī)狀態(tài)轉(zhuǎn)為待機(jī)狀態(tài)；或者是當(dāng)風(fēng)速高于并網(wǎng)風(fēng)速，需要并網(wǎng)時(shí)；還有當(dāng)風(fēng)速高于額定風(fēng)速且滿足運(yùn)行條件時(shí)，主控制器根據(jù)采集來(lái)的風(fēng)速計(jì)算每個(gè)葉片需要調(diào)節(jié)的槳距角，由主控制器發(fā)出槳葉調(diào)節(jié)命令，通過(guò) DP總線轉(zhuǎn)到變槳控制器然后由伺服電機(jī)通過(guò)減速箱帶動(dòng)葉片轉(zhuǎn)動(dòng)。圖中虛線部分為 UPS電源，機(jī)艙內(nèi)的三相供電電源經(jīng)過(guò)滑環(huán)連接 UPS一方面對(duì)伺服電機(jī)供電，另一方面，將交流電整流成 24V直流做變槳控制器的 電源，同時(shí)對(duì)蓄電池充電，這是變槳部分能夠安全運(yùn)行的保障，當(dāng)風(fēng)力發(fā)電機(jī)組突然出現(xiàn)故障或者外接電源突然斷開(kāi)，要能使槳葉在蓄電池作用下短時(shí)間內(nèi)達(dá)到順槳狀態(tài)，本系統(tǒng)要求以 9deg,／ s的速度在 8s內(nèi)完成作 湖南電氣職業(yè)技術(shù)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì) 23 變槳伺服電機(jī)是變槳伺服機(jī)構(gòu)的主要執(zhí)行器件，所以它的合理的選型尤為重要。在變槳距機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)分析中，驅(qū)動(dòng)力是一個(gè)非常重要的參數(shù)，只有在它確定的情況下，才能進(jìn)行變槳距機(jī)構(gòu)中各個(gè)部件的選擇，同時(shí)為下一步的計(jì)算提供依據(jù)．風(fēng)力發(fā)電機(jī)組在不同工作狀態(tài)下，作用于槳葉變距軸上的阻力距變化很大，但是因?yàn)殡妱?dòng)變槳距執(zhí)行機(jī)構(gòu)在緊急順槳時(shí) 比正常工作時(shí)大的多，所以只需考慮緊急順槳時(shí)的槳葉驅(qū)動(dòng)力 131，基于本系統(tǒng)中葉片的實(shí)際情況以及此緊急順槳要求得出電機(jī)轉(zhuǎn)矩 T≥ 15 NM。本系統(tǒng)中選額定轉(zhuǎn)速為 2500R／ M的電機(jī)，為求得電機(jī)功率進(jìn)行如下計(jì)算： P=F V T=F R V=2Π R N P=Nπ T/30 其中， P為電機(jī)額定功率， T為電機(jī)輸出轉(zhuǎn)矩， v是電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)線速度，將 T≥ 15N。M， N=2500rad／ min代入上式求的得 P=3927W,所以選擇額定功率為 4kW的電機(jī)；另一方面，因?yàn)檩嗇瀮?nèi)空間非常有限，所以要選擇功率密度較大的伺服電機(jī) H1。基于以上 考慮，本系統(tǒng)采用功率為 4kW，轉(zhuǎn)矩為 15 N． M的三相永磁同步電機(jī)做伺服電機(jī)。 變槳系統(tǒng)的控制策略 PID控制是當(dāng)前工業(yè)過(guò)程控制中應(yīng)用最廣泛的控制策略，變槳作為一個(gè)復(fù)雜的系統(tǒng)，在對(duì)槳距角的調(diào)節(jié)過(guò)程中正好需要應(yīng)用到工業(yè)當(dāng)中最常用的 PID控制。PID控制器具有可靠性高、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、操作方便、魯棒性強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)。 控制系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì) 主控系統(tǒng)的系統(tǒng)控制程序主要使用了 SIEMENS STEP7軟件為開(kāi)發(fā)的工具開(kāi)發(fā)，程序主要包含故障判斷、實(shí)時(shí)控制、報(bào)警聯(lián)鎖、信息采集、數(shù)據(jù)通信等部分系統(tǒng)控制 程序的主流程如圖 。 湖南電氣職業(yè)技術(shù)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì) 24 圖 控制系統(tǒng)主流程 當(dāng)系統(tǒng)開(kāi)始執(zhí)行控制程序，首先是收集機(jī)艙溫度、風(fēng)向、環(huán)境溫度、風(fēng)力、電機(jī)繞組溫度、液壓系統(tǒng)壓力、電機(jī)軸承溫度等狀態(tài)和環(huán)境信息，并且存儲(chǔ)為后續(xù)的程序提供應(yīng)用。進(jìn)入運(yùn)行的狀態(tài)后，控制程序?qū)⒏鶕?jù)參數(shù)的大小對(duì)電池電量、風(fēng)力、風(fēng)速等信息作出判斷，選擇是否偏航、變漿、充電、解纜并觸發(fā)相對(duì)動(dòng)作來(lái)完成對(duì)應(yīng)的功能。系統(tǒng)自檢作為保障風(fēng)電系統(tǒng)正常運(yùn)行的非常重要部分將逐個(gè)用收集到的信息和正常值進(jìn)行對(duì)比來(lái)最大限度的保障風(fēng)電機(jī)組的安全。 系統(tǒng)還定時(shí)的和變流系統(tǒng)互通信息 ，將發(fā)電的功率之靈傳遞給對(duì)方并且將接收到的電壓電流電功率等參數(shù)，假如發(fā)電參數(shù)滿足了發(fā)電的指標(biāo)要求，發(fā)電系統(tǒng)將供電上網(wǎng)，閉合并網(wǎng)開(kāi)關(guān)。電網(wǎng)自身的變量或參數(shù)也可以接入到發(fā)電系統(tǒng)中檢測(cè)并判斷運(yùn)行是否正常。 湖南電氣職業(yè)技術(shù)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì) 25 變槳控制系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì) 作為風(fēng)電機(jī)組的輸入功率調(diào)節(jié)裝置變漿系統(tǒng)在風(fēng)機(jī)系統(tǒng)中占據(jù)了重要的地位。如圖 。 圖 變漿控制框圖 在系統(tǒng)由停機(jī)狀態(tài)轉(zhuǎn)變到啟動(dòng)狀態(tài)的過(guò)程之中，主要根據(jù)發(fā)動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速反饋信號(hào)和風(fēng)速信號(hào)來(lái)確定槳葉在待機(jī)或是順漿位置。在系統(tǒng)并網(wǎng)后，為了使系統(tǒng)保 持在恒功率的狀態(tài)下，需要根據(jù)發(fā)電機(jī)的輸出功率的變化來(lái)調(diào)節(jié)漿距角，這是功率控制器在起作用。 系統(tǒng)的控制算法全部是由 SETP7這款軟件來(lái)實(shí)現(xiàn)的，而系統(tǒng)的功能則是由 PLC來(lái)完成的額定風(fēng)速之上，可以通過(guò)調(diào)整漿距角來(lái)使輸出功率保持額定功率上；當(dāng)滿足了風(fēng)力發(fā)電機(jī)的啟動(dòng)條件的時(shí)候，主控制器則通過(guò)變漿控制器來(lái)發(fā)出的指令來(lái)使得葉片漿距角勻速的減??；當(dāng)有故障或是急停的信號(hào)的時(shí)候，使變漿電機(jī)迅速帶動(dòng)槳葉順漿。 如圖 。當(dāng)風(fēng)速高于起動(dòng)風(fēng)速的時(shí)候，槳距角從 90176。減小到了 0176。這個(gè)時(shí)候，當(dāng)葉片連 接的低速軸的轉(zhuǎn)速大于 8rad／ s時(shí)，槳距角將繼續(xù)進(jìn)槳到 3176。的位置，這時(shí)一旦低速轉(zhuǎn)速持續(xù) 10分鐘大于 10rad／ s那么并網(wǎng)，否則的話退槳到 10176。的位置。在變槳距控制系統(tǒng)之中，高風(fēng)速段變槳距的調(diào)節(jié)功率是非常重要的一部分。系統(tǒng)在高風(fēng)速階段采用 PID控制進(jìn)行調(diào)節(jié)。 湖南電氣職業(yè)技術(shù)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì) 26 圖 變漿控制流程圖 偏航控制系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì) 偏航系統(tǒng)總共包含了 5 個(gè)模塊如圖 所示。他是風(fēng)力發(fā)電機(jī)組中的重要功能系統(tǒng)。 湖南電氣職業(yè)技術(shù)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì) 27 圖 偏航系統(tǒng)功能模塊 自然風(fēng)經(jīng)過(guò)了葉輪之后，會(huì)產(chǎn)生湍流，而風(fēng)向傳感器會(huì)因?yàn)橥牧鞯淖饔貌煌[ 動(dòng)，風(fēng)力發(fā)電機(jī)組中的名為 CPU315— 2DP的中央處理單元中得到的風(fēng)向值將會(huì)不停的進(jìn)行變化，因此為了要實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的偏航過(guò)程自動(dòng)正確確的校正，一方面，為了使機(jī)艙轉(zhuǎn)至正確的位置后偏航電機(jī)會(huì)停止動(dòng)作，增量式的編碼器會(huì)實(shí)時(shí)的采集機(jī)艙的位置并利用了閉環(huán)控制來(lái)實(shí)現(xiàn)。另一方面，只有在風(fēng)向的改變不在被允許的角度的范圍內(nèi)一段時(shí)間后才能夠去命令偏航電機(jī)的動(dòng)作?；竟ぷ髁鞒虉D如圖 ： 湖南電氣職業(yè)技術(shù)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì) 28 圖 基本控制流程圖 故障報(bào)警和聯(lián)鎖保護(hù) 聯(lián)鎖保護(hù)和報(bào)警系統(tǒng)是保證發(fā)電機(jī)組安全的一個(gè)重要環(huán)節(jié)，安全補(bǔ)救措施可以分為一 般故障、重要的故障和錯(cuò)誤警報(bào)。當(dāng)控制程序把實(shí)時(shí)收集到的風(fēng)電機(jī)的數(shù)據(jù)和安全值相比較后，萬(wàn)一出現(xiàn)了故障，控制程序會(huì)依據(jù)不同的故障級(jí)別實(shí)行不同的安全補(bǔ)救措施。出現(xiàn)一般的故障狀態(tài)時(shí)風(fēng)電機(jī)會(huì)自然停止因?yàn)橄到y(tǒng)會(huì)實(shí)行慢速停機(jī)的方法。一旦風(fēng)電機(jī)緊急抱死的時(shí)候是出現(xiàn)了重要故障系統(tǒng)實(shí)行了快速停機(jī)。而當(dāng)出項(xiàng)錯(cuò)誤警報(bào)的時(shí)候，系統(tǒng)會(huì)在人機(jī)界面顯現(xiàn)出故障的類型和故障點(diǎn)。 湖南電氣職業(yè)技術(shù)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì) 29 第 5 章 總結(jié)與展望 風(fēng)能是可再生、無(wú)污染、能量大、前景廣的能源，大力發(fā)展清潔能源是世界各國(guó)的戰(zhàn)略選擇。風(fēng)電技術(shù)裝備是風(fēng)電產(chǎn)業(yè)的重要組成部分，也是風(fēng)電產(chǎn)業(yè)發(fā)展的基礎(chǔ)和 保障，世界各國(guó)紛紛采取激勵(lì)措施推動(dòng)本國(guó)風(fēng)電技術(shù)裝備行業(yè)發(fā)展 。為了推進(jìn)風(fēng)力發(fā)電事業(yè)的發(fā)展，最重要的一項(xiàng)任務(wù)是研究出運(yùn)行可靠、邏輯清晰的風(fēng)電控制系統(tǒng)，本文具體分析了風(fēng)電機(jī)控制系統(tǒng)的控制過(guò)程，還對(duì)直驅(qū)式永磁風(fēng)力發(fā)電控制系統(tǒng)進(jìn)行了比較深入的系統(tǒng)的應(yīng)用研究，并且已經(jīng)取得了一些比較優(yōu)異的成果，本文的主要工作可以歸納為： 1. 理解了風(fēng)機(jī)的運(yùn)行過(guò)程，還詳細(xì)分析了控制系統(tǒng)的控制要求和功能，并且的除了風(fēng)電機(jī)組的整體控制策略和變漿控制策略。 2. 簡(jiǎn)單介紹了幾種風(fēng)電控制系統(tǒng)并深入理解了。 3. 使用 SIEMENS STEP7 作為風(fēng)電機(jī)控制系 統(tǒng)的控制器，進(jìn)行了系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和硬件選型。 4. 軟件則設(shè)計(jì)了主程序流程圖、偏航系統(tǒng)控制流程圖、變漿控制流程圖和安全保護(hù)設(shè)計(jì)。 風(fēng)力發(fā)電機(jī)控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)不僅工作量大而且很多地方需要細(xì)致的研究，由于時(shí)間有限并且本人能力限制，該系統(tǒng)還需進(jìn)一步的改進(jìn)。 湖南電氣職業(yè)技術(shù)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì) 30 參考文獻(xiàn) [1]孫浩然 .風(fēng)力發(fā)電技術(shù)綜述 .江蘇電機(jī)工程 29卷第四期 . [2]李錫鵬 .發(fā)展風(fēng)電產(chǎn)業(yè)大有可為 .中共云南省大理白族自治州委黨校 . [3]沈宏，耿超，劉楠，李偉麗，邱軍亮 . 國(guó)內(nèi)外風(fēng)電產(chǎn)業(yè)現(xiàn)狀及其發(fā)展前景 .河南科技學(xué)院學(xué)報(bào) (自然科學(xué)版 ). [4]羅如意，林曄，錢(qián)野 . 世界風(fēng)電產(chǎn)業(yè)發(fā)展綜述 . 可再生能源 . [5]熊錦民 .我國(guó)風(fēng)力發(fā)電產(chǎn)業(yè)發(fā)展現(xiàn)狀及展望 .科技創(chuàng)新導(dǎo)報(bào) .20xx [6]中國(guó)電力 . [7]陳榮 .直驅(qū)式風(fēng)力發(fā)電技術(shù)及發(fā)展 .鹽城工學(xué)院學(xué)報(bào)（自然科學(xué)版） . [8]吳學(xué)鵬，辛鵬，辛雷 . 風(fēng)光互補(bǔ)發(fā)電控制系統(tǒng)的研究 . 吉林 . 東北電力大學(xué)微通電力系統(tǒng)研究室 [9]馮麗平 .風(fēng)光互補(bǔ)發(fā)電系統(tǒng)設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn) . 上海大學(xué) . 碩士學(xué)位論文 . [10]甘軍明 ， 許偉民 ，趙紅兵 ， 何湘鄂 . 一些風(fēng)力發(fā)電裝置的結(jié)構(gòu)和主要技術(shù)參數(shù) . 發(fā)電設(shè)備 (20xx No． 3) [11]張義 .直驅(qū)式永磁同步風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)的控制研究 . 天津大學(xué)碩士學(xué)位論文 . [12]梁惠英 . 風(fēng)光發(fā)電系統(tǒng)在世博游輪上的應(yīng)用 . 上海船舶運(yùn)輸科學(xué)研究所學(xué)報(bào) . [13]童加斌 . 3G基站 3KW風(fēng)光發(fā)電互補(bǔ)型獨(dú)立供電系統(tǒng)的設(shè)計(jì) . 襄樊職業(yè)技術(shù)學(xué)院學(xué)報(bào) . 湖南電氣職業(yè)技術(shù)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì) 31 致 謝