【正文】 171176。 時(shí)，啟動(dòng)向 左 偏航的電動(dòng)機(jī)（ ）并且運(yùn)作延時(shí) 50s。 195176。 ，偏航電動(dòng)機(jī)運(yùn)作時(shí)間越短 ，使之接近合適風(fēng)向角度區(qū)間 。 區(qū)間 和 165176。在計(jì)時(shí) 90s 后，定時(shí)器位 OFF,當(dāng)前值 =0， 此時(shí) 不再接通 。 時(shí)，啟動(dòng)向右偏航的電動(dòng)機(jī)（ ）并且運(yùn)作延常州大學(xué) 本科 生 畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 第 47 頁(yè) 共 46 頁(yè) 時(shí) 20s。 時(shí) ，啟動(dòng)向 右 偏航的電動(dòng)機(jī)（ ）并且 運(yùn)作 延時(shí) 90s；在 155176。 171176。 155176。 165176。 ），則兩個(gè)電動(dòng)機(jī)均不做任何動(dòng)作， 顯示合適風(fēng)向指示燈。常州大學(xué) 本科 生 畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 第 46 頁(yè) 共 46 頁(yè) 將啟動(dòng)向右偏航的電動(dòng)機(jī)。 180176。接下來(lái)將對(duì)這 7 個(gè)角度區(qū)間進(jìn)行不同的控制策略。 之間； 195176。 之間； 171176。 ；155176。 之間的數(shù)。 X=(3600) (D6400)/(320216400)0 常州大學(xué) 本科 生 畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 第 44 頁(yè) 共 46 頁(yè) () D=+6400 () 將風(fēng)向模擬量進(jìn)行轉(zhuǎn)換， AIW2 送 AC1, 送 AC1,AC0/ 送VD222。 時(shí)輸出 20mA。 該模塊的第二個(gè) 通道連接一塊帶 420mA 變送輸出的風(fēng)向顯示儀表，轉(zhuǎn)換為數(shù)值 640032021。 模擬量轉(zhuǎn)換后存在 VD220，將 VD220 中數(shù)值與正常風(fēng)力發(fā)電參數(shù)的上下限值進(jìn)行比較，在 3m/s5m/s 風(fēng)速范圍內(nèi)有信號(hào)則啟動(dòng)發(fā)電機(jī)（ ）；假若大于風(fēng)速范圍，則發(fā)出停機(jī)警報(bào)（ ），工作人員察覺(jué)后可以手動(dòng)停機(jī)?？梢杂霉? 說(shuō)明模擬量轉(zhuǎn)換過(guò)程 。 網(wǎng)絡(luò) 1 中， 是系統(tǒng)總啟動(dòng)開(kāi)關(guān)。 發(fā)電機(jī) 啟動(dòng)程序 發(fā)電機(jī)啟動(dòng)程序 中包括系統(tǒng)總啟動(dòng)、風(fēng)速模擬量輸入、與正常風(fēng)速參數(shù)比較、啟動(dòng)電動(dòng)機(jī) 和 顯示等部分。 PLC 的通信有各個(gè)模塊之間的通信， CPU 與 I/O 口通信，多臺(tái) PLC 間互相通信，與計(jì)算機(jī)等智能器件間的通信等。它已經(jīng)廣泛應(yīng)用于化工、電力、冶金等行業(yè)。 （ 3） 閉環(huán)過(guò)程控制 閉環(huán)過(guò)程控制是指對(duì)模擬量的控制。 PLC的 應(yīng)用 PLC的應(yīng)用已遍布很多工控領(lǐng)域，并且它的應(yīng)用范圍 [13]還在不斷地?cái)U(kuò)大，下面簡(jiǎn)單介紹下 PLC 的應(yīng)用： （ 1） 邏輯量控制和數(shù)字量 控制 早期的 PLC 就已具有邏輯量的控制， 1/0 控制方法簡(jiǎn)化了復(fù)雜的程序，也增快了處理器的運(yùn)作速度。常使用更換模塊的方法來(lái)排除故障。 PLC 還有帶負(fù)載能力，可以驅(qū)動(dòng)各種小型電氣設(shè)備。 （ 3） 硬件配置完整 、體積小，能耗低、 使用便捷有效 PLC 現(xiàn)在已大都整體化，各部分模塊化，系統(tǒng)化。 PLC 是一 個(gè) 具有編程功能的智能元件，因?yàn)樗梢员挥脩艟庉嫵绦颍运目刂乒δ芫途哂泻芏喾N類，小到極其簡(jiǎn)單，大到 異常復(fù)雜的控制功能都可以實(shí)現(xiàn)?？刂破魍ǔ＿€會(huì)進(jìn)行處理中斷程序，或用 I/O 指令直接存取 I/O 點(diǎn)等工作 [12]。 PLC 一開(kāi)始啟動(dòng)后先要對(duì)硬件和內(nèi)部軟件進(jìn)行初始化工作。 編程器模塊是 PLC 的又一重要組成部件，主要同于編輯用戶程序，還可以檢查，修改程序，監(jiān)視程序的運(yùn)行狀況等。它是將外部現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備和 CPU 模塊聯(lián)系起來(lái)的橋梁。系統(tǒng)程序是可編程控制器的內(nèi)置操作系統(tǒng)程序，處理協(xié)助人們完成編輯程序，輸入?yún)?shù)等它固化在只讀存儲(chǔ)器之中；用戶程序是用戶自己設(shè)計(jì)，下載并且安裝在 存儲(chǔ)器內(nèi)。其他的特殊功能由另外的特殊功能模塊執(zhí)行。 PLC 迅速發(fā)展過(guò)程中體積變小，功耗降低，安全可靠 性變高，功能強(qiáng)大自動(dòng)化程度高，變?yōu)槿藗兩钌a(chǎn)中不可或缺的“多功能助手”。自這時(shí)期起，可編程控制器進(jìn)入人們的事業(yè)，這項(xiàng)新型的技術(shù)也在逐步提高以供市場(chǎng)的需求。 PLC 最早是由六十年代末美國(guó)通用公司的末迪康提出來(lái)的 [12]。 本章小結(jié) 本章從系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)方案到各個(gè)具體模塊設(shè)計(jì)方案有層次地闡述每個(gè)系統(tǒng)的具體工作原理和工作過(guò)程，繪制相關(guān)控制流程框圖。 電機(jī)的過(guò)載保護(hù)需要使用繼電器進(jìn)行保護(hù)。 ~215176。 ~195176。 ~171176。 ~155176。 （ 2）變壓器的選擇： 變壓器選用干式自冷變壓器 SCB10M630/10，低壓側(cè)為 380V，高壓側(cè)則在 3000V 以上。 偏航控制電機(jī)選用帶電磁制動(dòng)的三相異步電動(dòng)機(jī)。模擬量輸出模塊 EM232CN具有 2 路模擬量輸出通道 ，也為 24V DC 狀態(tài) [11]。提供給擴(kuò)展單元 5VDC[10]。 S7200 具有很多優(yōu)點(diǎn)，指令集豐富，編輯語(yǔ)言簡(jiǎn)單，集成功能極高，性價(jià)比很高，使用便捷安全等。 表 31 是基于 PLC 的風(fēng)力發(fā)電控制系統(tǒng)的 I/O 地址分配。變壓器停止運(yùn)行則需要在發(fā)電機(jī)停止轉(zhuǎn)動(dòng)的狀態(tài)下按下停止按鈕才能實(shí)現(xiàn)。 需 要用到模擬量輸入模塊 EM231 和模擬量輸出模塊 EM232。這樣連鎖的控制，使室內(nèi)溫度保持恒定 [11]。塔架內(nèi)部空間大，常有人員在 其 內(nèi)部操作、維護(hù)。 機(jī)艙 和塔架 溫度閉環(huán)控制流程圖如下： 常州大學(xué) 本科 生 畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 第 28 頁(yè) 共 46 頁(yè) 圖 310 機(jī)艙溫度閉環(huán)控制流程圖 溫度控制模塊 的設(shè)計(jì)思想主要是假設(shè)溫升過(guò)快超過(guò)額定值時(shí)，控制器啟動(dòng)冷卻機(jī)進(jìn)行降溫，使溫度降至穩(wěn)定范圍。 溫度 PID 機(jī)艙 PID 設(shè)定參數(shù)和塔架內(nèi)部 PID 設(shè)定參數(shù)一樣。通常使用 PI 控制 方式。逐步減小積分時(shí)間，積分作用 由弱變強(qiáng)，消除余差的能力由弱變強(qiáng)。 在測(cè)試比例 系 數(shù) Kc 時(shí)，發(fā)現(xiàn)當(dāng)系數(shù)越小，響應(yīng)曲線反應(yīng)越快，超調(diào)量越小， 過(guò)渡過(guò)程越平穩(wěn)，但余差變大。 第三進(jìn)行是微分環(huán)節(jié)。 (a)偏差階躍變化 (b)比例整定作用 圖 36 偏差階躍變化經(jīng)比例整定圖 第二進(jìn)行整定積分環(huán)節(jié)。實(shí)驗(yàn)湊試法是通過(guò)閉環(huán)運(yùn)行或模擬，觀察系統(tǒng)的響應(yīng)曲線，然后根據(jù) 各參數(shù)對(duì)系統(tǒng)的影響，反復(fù)湊試參數(shù)，直至出現(xiàn)滿意的響應(yīng)曲線，從而確定 PID控制參數(shù)。 積分系數(shù) TI 使得系統(tǒng)消除穩(wěn)態(tài)誤差，提高系統(tǒng)的無(wú)差度，以保證實(shí)現(xiàn)對(duì)設(shè)定值的無(wú)靜差跟蹤。 本文 中，溫度控制模擬量閉環(huán)控制系統(tǒng)將采用 PID 控制 。持續(xù)工作50 s持續(xù)工作20 s向右偏航持續(xù)工作20 s 205 176。 165 176。常州大學(xué) 本科 生 畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 第 22 頁(yè) 共 46 頁(yè) 大約需要 30 秒，這是由電動(dòng)機(jī)的工作頻率與齒輪的齒數(shù)決定的 [8]。 205176。 之間，向右偏航電機(jī)將連續(xù)工作 20 秒。 時(shí)，向右偏航電機(jī)將連續(xù)工作 90秒，當(dāng)角度在 155176。 時(shí)，表明機(jī)艙位置已對(duì)準(zhǔn)風(fēng)向，在171176。使得機(jī)艙能夠準(zhǔn)確地對(duì)風(fēng) [7]。 為了保證風(fēng)力發(fā)電機(jī)組吸收風(fēng)能達(dá)到最佳的效能，機(jī)艙必須對(duì)準(zhǔn)實(shí)時(shí)風(fēng)向。 偏航控制系統(tǒng)模塊主要實(shí)現(xiàn)風(fēng)輪機(jī)隨風(fēng)向轉(zhuǎn)動(dòng)功能。其中風(fēng)向標(biāo)控制的迎風(fēng)自動(dòng)偏航是偏航控制最主要的 內(nèi)容。偏航控制機(jī)構(gòu) 用于控制風(fēng)輪機(jī)葉片跟隨風(fēng)向的變化而變化 ；偏航驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu) 是用于驅(qū)動(dòng)偏航系統(tǒng)運(yùn)作，停止的，它包含 有偏航驅(qū)動(dòng)裝置、制動(dòng)裝置以及偏航軸承 。下來(lái)具體說(shuō)明 每個(gè)模塊的 主要功能、控制過(guò)程以及 控制流程圖。首先是偏航 自動(dòng) 控制，由于風(fēng)向不同導(dǎo)致風(fēng)能吸收率下降，控制航向使風(fēng)輪機(jī)頭部隨風(fēng)向轉(zhuǎn)動(dòng)，還可以防止繞纜的危險(xiǎn)；然后 是溫度 模糊 控制， 控制對(duì)象是機(jī)艙和塔架內(nèi)部這兩部分 使溫度保持在恒定數(shù)值。系統(tǒng)內(nèi)分為機(jī)艙 控制單元與塔架控制單元， 打開(kāi) 進(jìn)氣閥排放冷氣流， 間隔一定時(shí)間檢測(cè)室溫，溫度太高 則使得進(jìn)氣閥繼續(xù)進(jìn)氣 ， 溫度低于設(shè)定值停止進(jìn)氣，使得溫度恒定在安全范圍內(nèi)；（ 4） 根據(jù)發(fā)電機(jī)運(yùn)行狀態(tài)來(lái)控制變壓器的啟動(dòng) 與停止。 據(jù)系統(tǒng)功能的要求， 本文 將對(duì)風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)的啟動(dòng)，發(fā)電機(jī)控制，偏航控制、溫度模糊控制以及變壓器控制著重進(jìn)行研究。 控制方面的工作原理 及過(guò)程為：當(dāng)系統(tǒng)的總開(kāi)關(guān)合上后，可編程控制器初始 化 ，測(cè)速傳感器感知到風(fēng)速模擬信號(hào) A/D 轉(zhuǎn)換后并且傳輸給 PLC，處理中心則將模擬量與額定參數(shù)進(jìn)行比較， 若 在參數(shù)范圍內(nèi)則啟動(dòng)系統(tǒng)中的發(fā)電機(jī)， 不在參數(shù)范圍內(nèi)則報(bào)警手動(dòng)停機(jī)。 氣體密度和速度都隨著海拔 高度 的變化而變化。 根據(jù)空氣流體力學(xué)可知，在一秒中流向風(fēng)輪的空氣具有的動(dòng)能為： 主控制器控制各功能模塊的啟動(dòng)停止系統(tǒng)運(yùn)行狀態(tài)檢測(cè) 外界環(huán)境檢測(cè)電網(wǎng)運(yùn)行狀況調(diào)控用戶界面編程 ， 輸入各檢測(cè)安全臨界參數(shù)總系統(tǒng)的啟動(dòng)和停止自動(dòng)控制系統(tǒng)啟停電流電壓保護(hù)故障切斷偏航控制角度調(diào)整功率調(diào)整發(fā)電機(jī)啟動(dòng)控制功率調(diào)整轉(zhuǎn)速調(diào)整溫度控制溫度檢測(cè)冷卻機(jī)運(yùn)作功率調(diào)整無(wú)功功率補(bǔ)償其他控制常州大學(xué) 本科 生 畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 第 16 頁(yè) 共 46 頁(yè) E=189。 常州大學(xué) 本科 生 畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 第 15 頁(yè) 共 46 頁(yè) 圖 23 風(fēng)力發(fā)電機(jī)組控制系統(tǒng) 風(fēng)能理論 簡(jiǎn)介 風(fēng)速和風(fēng)能 瞬時(shí)風(fēng)速是指風(fēng)速的瞬時(shí)值 [8]。 通常 使用 PLC，或者 DSP 微機(jī)處理器作為 控制器 件，它們功能強(qiáng)大， 能夠應(yīng)付惡劣的工作環(huán)境，所以受到廣泛應(yīng)用。塔架 內(nèi)部配置線纜 還必須將發(fā)電機(jī) 運(yùn)作得到的電能輸送至蓄電池或者變壓器傳輸至電網(wǎng)。 圖 22 展示了齒輪箱的樣式。 齒輪箱也是風(fēng)電發(fā)電機(jī)組的關(guān)鍵部件之一，它的作用是 在風(fēng)電機(jī)工作在低轉(zhuǎn)速，而發(fā)電機(jī)在高轉(zhuǎn)速下運(yùn)作時(shí)，使兩者實(shí)現(xiàn)工作的匹配。一般情況下，風(fēng)輪轉(zhuǎn)速低于發(fā)電機(jī)的轉(zhuǎn)子所必須的轉(zhuǎn)速，增速器要給風(fēng)輪轉(zhuǎn)動(dòng)加速。它還 需要承受所受外力作用（靜負(fù)載和動(dòng)負(fù)載） ，機(jī)艙罩材料應(yīng)具高強(qiáng)度高硬度，表面光滑，均勻厚度，無(wú)層件剝離等特點(diǎn) 。其前 面端子由螺栓與輪轂剛性連接，后面端子與齒輪箱 低速相連，結(jié)構(gòu)復(fù)雜且受力大。 輪轂是將葉片和葉片組固定到 主 轉(zhuǎn)軸上的裝置。而風(fēng)輪軸則將能量給傳動(dòng)機(jī)構(gòu)。在現(xiàn)常州大學(xué) 本科 生 畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 第 12 頁(yè) 共 46 頁(yè) 有技術(shù)基礎(chǔ)上大致可以把一個(gè)普通的風(fēng)電機(jī)分為四大部分：風(fēng)輪組件，機(jī)艙組件，塔架組件以及控制部分。 風(fēng)電機(jī)組組成部分介紹 風(fēng)力發(fā)電機(jī)組是將風(fēng)能轉(zhuǎn)化為電能的裝置 ，按其容量可大小以劃分為小型風(fēng)電機(jī) 組 （ 10KW 以下） ， 中型風(fēng)電機(jī)組（ 10~100KW），大型風(fēng)電機(jī)組（ 100KW 以上）；按其主軸與地面的相對(duì)位置，可以劃分為水平軸風(fēng)力發(fā)電機(jī)組（主軸與地面平行），垂直軸風(fēng)力發(fā)電機(jī)組（主軸與地面垂直）。 附錄中給 出了整個(gè) 系統(tǒng)的硬件電 路圖 。第四 章 則是控制程序的具體分析，針對(duì)各控制功能列出程序進(jìn)行詳細(xì)解說(shuō)，最 后形成控制總程序。文中說(shuō)道風(fēng)電機(jī)組是由風(fēng)輪、機(jī)艙、塔架以及控制系統(tǒng)這四個(gè)部分組成且詳細(xì)描述了各部分的結(jié)構(gòu)、功能等。從風(fēng)力發(fā)電相比不可再生資源發(fā)電具有的優(yōu)勢(shì)和 PLC 控制的好處這兩個(gè)方面介紹基于PLC 風(fēng)力發(fā)電控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)意義。 主要完成的 內(nèi)容 包括風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)的初始化，發(fā)電機(jī)的啟動(dòng)，偏航控制 ，變壓器控制和 溫度 控制， 在溫度 過(guò)高 時(shí)進(jìn)行溫度的調(diào)控 。 （ 4） 控制與監(jiān)控技術(shù)不斷完善。 索耶爾對(duì) 2021 年拉美、亞洲和非洲的風(fēng)電市場(chǎng)表示出樂(lè)觀的判斷，但他同時(shí)指出，“如果不對(duì)全球傳統(tǒng)發(fā)電方式的碳排放成本價(jià)格化后計(jì)入其真實(shí)發(fā)電成本，風(fēng)電產(chǎn)業(yè)將在一直在巨大壓力下前行。另一組統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)指出，在全球已經(jīng)有風(fēng)電商業(yè)運(yùn)營(yíng)項(xiàng)目的75 個(gè)國(guó)家中，超過(guò) 22 個(gè)國(guó)家裝機(jī)容量已逾 1GW。盡管 2021年歐洲風(fēng)電裝機(jī)增長(zhǎng)幅度有所放緩，年增幅由 02年的 35％降為 23％，不過(guò)隨著一些歐洲國(guó)家海上風(fēng)電項(xiàng)目的發(fā)展，預(yù)計(jì)歐洲地區(qū)風(fēng)電裝 機(jī)仍將維持快速增長(zhǎng)的勢(shì)頭。 毋庸置疑，全球最重要的風(fēng)電市場(chǎng)之一是美國(guó)，雖然政府政策方面的不確定性和不穩(wěn)定性使得風(fēng)力發(fā)電的發(fā)展充滿了隨變性，但還存在著有利于風(fēng)電發(fā)展的積極要素。 過(guò)去 5年全球風(fēng)電裝機(jī)容量年平均增長(zhǎng)速度超過(guò)％， 2021全球 的新增風(fēng)電裝機(jī)容量已經(jīng) 超過(guò) 830萬(wàn)千瓦 。 海上風(fēng)電場(chǎng)是最近世界范圍內(nèi)廣泛推廣使用的大型有效利用風(fēng)能資源的形式，在 1980 年初在美國(guó)加利福尼亞首先興起。 （ 4） 風(fēng)力發(fā)電機(jī)組更加個(gè) 性化。 風(fēng)力發(fā)電機(jī)組主要零部件像是輪片、齒輪箱、發(fā)電機(jī)、偏航裝置、電控系統(tǒng)、塔架等已經(jīng)國(guó)產(chǎn)化，并且可以進(jìn)行批量生產(chǎn)。 2021 年中國(guó)除臺(tái)灣省外裝機(jī)容量 萬(wàn)千瓦。 我國(guó)風(fēng)能資源的分布除了具有空間上的差異以外，在時(shí)間上也有 很大的 差異。基于 PLC 為主控制器的系統(tǒng)，邏輯功能強(qiáng)大，體積小，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，編程方便，便于擴(kuò)展，通用性強(qiáng)，使用安全便捷，能夠直接反應(yīng)現(xiàn)場(chǎng)信號(hào)的變化狀態(tài)，達(dá)到有效高速地控制整個(gè)系統(tǒng)的目的。但在隨機(jī)性差異大，不確定因素多，非線性嚴(yán)重的風(fēng)電系統(tǒng) 中 ，這種簡(jiǎn)單的控制方法也會(huì)產(chǎn)生很大的誤差。 在風(fēng)電領(lǐng)域中引入新技術(shù)，例如計(jì)算機(jī)技術(shù)和先進(jìn)的控制技術(shù) ，這一舉措使得風(fēng)電機(jī)組的控制方式從單一的定漿距失速式轉(zhuǎn)變?yōu)橹悄芑模阶儤?變速式的。技術(shù)較為成熟的專業(yè)制造企業(yè)大量出現(xiàn)，單機(jī)容量從百千 瓦提高到幾百千瓦，變漿機(jī)組技術(shù)成熟并進(jìn)入市場(chǎng)，與失速機(jī)組在競(jìng)爭(zhēng)中發(fā)展。人們證明了風(fēng)能可以用來(lái)發(fā)電，風(fēng)的許多特點(diǎn)是可以被人們加以利用和控制的。風(fēng)力發(fā)電可以完全避免像石油、煤炭等化石燃料發(fā)電所產(chǎn)生的