【正文】 在本論文中，從方案的設(shè)計(jì)、程序的編寫到組態(tài)軟件的實(shí)現(xiàn)，都遵循設(shè)計(jì)者自己所制定的研究原則，最后能較成功地演示風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)的控制。變壓器和溫度控制不能完全自動(dòng)化完成工作。例如在偏航控制模塊中，偏航系統(tǒng)的方案偏簡單，也不嚴(yán)謹(jǐn)，檢測(cè)次數(shù)為初始的一次，若外界的風(fēng)向改變，則不能再次改變航向。學(xué)習(xí)并制作與設(shè)計(jì)對(duì)象相匹配的MCGS組態(tài)界面圖，在仿真與監(jiān)控時(shí)，用導(dǎo)線連接西門子S7200硬件與實(shí)驗(yàn)面板上相對(duì)應(yīng)的開關(guān)，控制實(shí)驗(yàn)面板上的開關(guān)監(jiān)控MCGS組態(tài)界面上燈的變化、曲線變化趨勢(shì)等。溫度PID的控制相對(duì)其他閉環(huán)模擬量的控制方法相對(duì)精確。發(fā)電機(jī)啟動(dòng)模塊是按順序控制的，模擬量轉(zhuǎn)換、風(fēng)速范圍比較，啟動(dòng)總啟動(dòng)開關(guān)，最后啟動(dòng)發(fā)電機(jī)。主程序包含了發(fā)電機(jī)啟動(dòng)控制，偏航控制，變壓器控制的完整程序和溫度控制的部分程序。5 結(jié)論本論文是基于可編程控制器的風(fēng)力發(fā)電控制系統(tǒng)。這段程序體現(xiàn)了“起保停”的控制方法。塔架內(nèi)部的中斷子程序與機(jī)艙中斷子程序類似，在此就不再說明了。轉(zhuǎn)為工程實(shí)際值(16位整數(shù)值)： Rscal=(Mn Offset)Span ()模擬量AIW4送至AC0，DTR指令使得AC0內(nèi)的值轉(zhuǎn)為實(shí)數(shù)，再送單元VD0，VD0/。首先將機(jī)艙模擬量（過程變量）進(jìn)行轉(zhuǎn)換為標(biāo)準(zhǔn)值（）從而利于PID運(yùn)算。塔架內(nèi)部的溫控子程序和機(jī)艙的類似，塔架內(nèi)部溫度輸入模擬量為AIW6,塔架內(nèi)部溫度PID參數(shù)和機(jī)艙溫度PID參數(shù)相同。X表示輸入的模擬量，D表示轉(zhuǎn)換后的數(shù)字量。外部風(fēng)向模擬量AIW4由EM231輸入模塊讀入。圖410為機(jī)艙溫控子程序。調(diào)用子程序?qū)C(jī)艙溫度控制PID參數(shù)傳送到相關(guān)地址，進(jìn)行檢測(cè)判斷，執(zhí)行相應(yīng)的動(dòng)作。分析程序網(wǎng)絡(luò)28，首先分別對(duì)機(jī)艙溫度控制啟動(dòng)（）和停止（）的運(yùn)行標(biāo)志置位，；。EM232模塊0~10V的電壓可以轉(zhuǎn)換為0~32000之間的數(shù)字量進(jìn)行控制，因?yàn)槔鋮s機(jī)電壓只可以是0~5V，所以PLC送到EM232的最大數(shù)字量為16000，在PID的輸出值送到模塊EM232時(shí)，要乘以16000不是乘以32000，保證送至冷卻機(jī)電路的電壓在5V之內(nèi)。, （=0）。操作人員摁下溫控總啟動(dòng)或溫控總停止按鈕。總啟動(dòng)按鈕控制整個(gè)系統(tǒng)運(yùn)行，總停止按鈕控制整個(gè)系統(tǒng)停止運(yùn)行。定時(shí)器0每20ms中斷一回，進(jìn)入中斷程序INT0進(jìn)行處理。189176。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。時(shí)，啟動(dòng)向右偏航的電動(dòng)機(jī)（）并且運(yùn)作延時(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。將啟動(dòng)向右偏航的電動(dòng)機(jī)。180176。接下來將對(duì)這7個(gè)角度區(qū)間進(jìn)行不同的控制策略。195176。171176。）分為7個(gè)區(qū)間：155176。176。X表示輸入的模擬量，D表示轉(zhuǎn)換后的數(shù)字量。即0176。根據(jù)上一節(jié)關(guān)于風(fēng)速模擬量轉(zhuǎn)換的介紹，同樣地，風(fēng)向模擬量可以同樣的方法進(jìn)行轉(zhuǎn)換。X表示輸入的模擬量，D表示轉(zhuǎn)換后的數(shù)字量。網(wǎng)絡(luò)1中。 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)過程控制閉環(huán)過程控制是指對(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?，所以它的控制功能就具有很多種類，小到極其簡單，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通用公司的末迪康提出來的[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程，繪制相關(guān)控制流程框圖。電機(jī)的過載保護(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，編輯語言簡單，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：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)溫升過快超過額定值時(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P(yáng)ID設(shè)定參數(shù)和塔架內(nèi)部PID設(shè)定參數(shù)一樣。因?yàn)樵摐乜叵到y(tǒng)的特點(diǎn)具有大慣性、大滯后性，所以使用微分系數(shù)調(diào)節(jié)沒有效果。測(cè)試積分系數(shù)TI時(shí)，發(fā)現(xiàn)不能很好地消除由比例系數(shù)整定后產(chǎn)生的余差。(a)積分整定作用 (b)微分整定作用圖 37 偏差階躍變化分別經(jīng)積分、微分整定圖P(k)t=0t()圖 38 偏差階躍變化經(jīng)比例、積分和微分綜合整定圖根據(jù)上述實(shí)驗(yàn)湊試法，對(duì)這個(gè)溫控系統(tǒng)進(jìn)行分析，分別反復(fù)湊試各個(gè)參數(shù)，得到最滿意的響應(yīng)曲線，圖39為系統(tǒng)經(jīng)PID各系數(shù)整定后的階躍響應(yīng)曲線。然后減小積分時(shí)間，加大積分作用，并且相應(yīng)調(diào)整比例系數(shù)，反復(fù)湊試至得到較滿意的響應(yīng)，確定比例和積分的參數(shù)。將比例控制作用由小變到大，觀察各次響應(yīng)，直至出現(xiàn)反應(yīng)快、超調(diào)量小的響應(yīng)曲線。在這個(gè)溫控系統(tǒng)中，控制器的參數(shù)的整定方法是工程整定法，主要依賴于工程經(jīng)驗(yàn)，直接在控制系統(tǒng)的試驗(yàn)中進(jìn)行，并且方法簡單、容易掌握。比例系數(shù)Kc反應(yīng)控制系統(tǒng)的偏差信號(hào)，一旦系統(tǒng)出現(xiàn)了偏差，比例調(diào)節(jié)作用立即產(chǎn)生調(diào)節(jié)作用，使得系統(tǒng)偏差快速向減小的趨勢(shì)變化。由于氣體壓力波動(dòng)，各元器件溫度各不相同，溫度不勻等擾動(dòng)因素影響，會(huì)破壞機(jī)艙溫度的穩(wěn)定，通過閉環(huán)控制可以有效地抑制各種擾動(dòng)因素的影響，使控制更加有效。以上所述的角度區(qū)間控制原理可以用圖33進(jìn)行表示：圖 33 偏航角度區(qū)間控制原理圖偏航控制系統(tǒng)模塊的順序控制流程圖如圖34，從圖中可以看出，偏航控制的次數(shù)僅為一次，若要求再次進(jìn)行偏航控制，必須將機(jī)艙水平軸撥到與風(fēng)輪回轉(zhuǎn)面垂直的位置。之間，向左偏航電機(jī)將連續(xù)工作50秒，當(dāng)角度在205176。當(dāng)角度在189176。165176。189176。偏航電機(jī)是電磁制動(dòng)三相異步電動(dòng)機(jī)。只有風(fēng)輪回轉(zhuǎn)面垂直于風(fēng)向，即風(fēng)力發(fā)電機(jī)的風(fēng)輪法線與風(fēng)向一致，風(fēng)電機(jī)吸收的功率最大。在本文中，設(shè)計(jì)一個(gè)偏航工作區(qū)間為145176。在本文中涉及到的偏航控制指的即為風(fēng)向標(biāo)控制的迎風(fēng)自動(dòng)偏航。偏航驅(qū)動(dòng)裝置常用伺服電動(dòng)機(jī)和偏航減速齒輪。（1）發(fā)電機(jī)啟動(dòng)模塊這一模塊的功能是啟動(dòng)系統(tǒng)總開關(guān)，PLC初始化。因?yàn)槭菍?duì)模擬量的閉環(huán)控制，所以針對(duì)溫度的變化采用PID控制方法。 系統(tǒng)整體設(shè)計(jì)本文中，控制方式將采取順序控制和中斷控制?？刂祈樞?yàn)椋紫认到y(tǒng)初始化啟動(dòng)后，進(jìn)行發(fā)電機(jī)啟動(dòng)，接著進(jìn)行偏航控制，然后控制溫度的變化，最后控制變壓器的啟動(dòng)與停止。發(fā)電機(jī)運(yùn)作后，在運(yùn)作過程中溫度傳感器、風(fēng)向傳感器、測(cè)速傳感器將測(cè)得的各類參數(shù)模擬量A/D轉(zhuǎn)換后傳送給PLC進(jìn)行分析，PLC根據(jù)分析后的結(jié)果，做出相應(yīng)的動(dòng)作，例如啟動(dòng)發(fā)電機(jī)開始工作，隨風(fēng)向的變化驅(qū)動(dòng)電機(jī)隨之旋轉(zhuǎn)，繞纜時(shí)自動(dòng)停機(jī)，運(yùn)行冷卻機(jī)當(dāng)機(jī)艙或塔架溫度過高時(shí)，變壓器運(yùn)作控制等。P為當(dāng)?shù)卮髿鈮?，t為當(dāng)?shù)卮髿鈮海瑒t氣體密度計(jì)算公式：ρ= （） （） 本章小結(jié) 本章主要介紹了風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的四個(gè)主要組成部分：風(fēng)輪及其組件、機(jī)艙及其組件、塔架部件和控制系統(tǒng)，詳細(xì)介紹了它們的構(gòu)造和功能。mv2 （）單位時(shí)間里氣體流過截面S的氣體體積是V，那么V=Sv （） 單位氣體體積的質(zhì)量為m=ρV=ρvS （） 流動(dòng)氣體具有的動(dòng)能為E=189。它只可給出相關(guān)風(fēng)的近似概念，并且因?yàn)閭鞲衅鞯膽T性作用，風(fēng)速的瞬時(shí)值只能近似地測(cè)量?？刂葡到y(tǒng)的功能主要有對(duì)運(yùn)行過程的模擬量和數(shù)字量進(jìn)行采集、傳遞、分析、運(yùn)算，從而做出命令控制風(fēng)電機(jī)組的運(yùn)行，使得功率輸出穩(wěn)定，轉(zhuǎn)速在合理的范圍內(nèi)；若出現(xiàn)故障或者遇到異常情況可以快速準(zhǔn)確地檢測(cè)到并且分析原因，做出相應(yīng)的保護(hù)措施或停機(jī)。塔架內(nèi)部空間大，必須配有爬梯與安全導(dǎo)軌，備以工作人員操作、維護(hù)。圖22 風(fēng)力發(fā)電齒輪箱 偏航系統(tǒng)也稱作對(duì)風(fēng)裝置，被安裝在機(jī)艙座內(nèi)。葉片產(chǎn)生的轉(zhuǎn)矩通過齒輪的傳動(dòng)遞給發(fā)電機(jī)。聯(lián)軸器與制動(dòng)器往往設(shè)計(jì)在一起。其中包含齒輪箱、發(fā)電機(jī)等主要部件。風(fēng)輪軸有較高的綜合機(jī)械性。它的作用是葉片的力和力矩傳遞到主傳動(dòng)機(jī)構(gòu)中。葉片是風(fēng)力發(fā)電機(jī)獲取風(fēng)能的部件，風(fēng)能利用率的好壞大都取決于良好的葉片外形，它材料的強(qiáng)度、硬度、密度以及使用壽命。圖21表示風(fēng)機(jī)各個(gè)部分的組成。最早最簡單的風(fēng)力發(fā)電機(jī)由葉輪和發(fā)電機(jī)兩個(gè)部分組成，站立于一定高度的塔上。2 風(fēng)電機(jī)組組成與風(fēng)能理論 風(fēng)能發(fā)電的原理，是風(fēng)力帶動(dòng)風(fēng)電機(jī)的輪片旋轉(zhuǎn)，輪片的一端連接發(fā)電機(jī)的機(jī)械聯(lián)動(dòng)桿，發(fā)電機(jī)內(nèi)導(dǎo)體切割磁感應(yīng)線而產(chǎn)生電流，這樣實(shí)現(xiàn)了風(fēng)力發(fā)電的目的。第五章中主要說明了對(duì)已編好的程序進(jìn)行調(diào)試和仿真的過程，最后得出仿真結(jié)果。在風(fēng)能理論中介紹了風(fēng)速和風(fēng)能的意義。文中又介紹了風(fēng)力發(fā)電的歷史，國內(nèi)、國外發(fā)展現(xiàn)狀與研究趨勢(shì)?？刂茩C(jī)組應(yīng)具有輪片隨風(fēng)向變化而變化的動(dòng)作且具有恒功率輸出的表現(xiàn)，傳感器對(duì)風(fēng)向標(biāo)的夾角進(jìn)行檢測(cè)，風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)在相應(yīng)設(shè)定角度值區(qū)間內(nèi)，根據(jù)需要采取相應(yīng)的措施，變壓器變送高電壓，對(duì)電力傳輸能夠施以嚴(yán)格的管理控制。（5）海上風(fēng)能利用技術(shù)及其風(fēng)電場(chǎng)建設(shè)受到重視?！眹H風(fēng)電發(fā)展方向有以下幾方面：（1）變速恒頻機(jī)組應(yīng)運(yùn)而生。就發(fā)展相對(duì)成熟的歐美風(fēng)電市場(chǎng)來看，總裝機(jī)容量上升至94GW，%的用電需求。亞洲地區(qū)風(fēng)力發(fā)電與西方國家相比發(fā)展相對(duì)比較緩慢，除了印度中國，其它國家風(fēng)電裝機(jī)容量都很小。全世界風(fēng)力發(fā)電發(fā)展速度最快是歐洲。目前全世界風(fēng)電工業(yè)規(guī)模約為120億美元，預(yù)計(jì)到2020年可望達(dá)到1200億美元。在海陸線附近由于陸地、海洋吸熱量差異大，表體溫度差異大而產(chǎn)生豐富的風(fēng)能資源，風(fēng)力強(qiáng)大，可以大規(guī)模采取進(jìn)行發(fā)電。圖11 我國風(fēng)能資源分布圖 國外發(fā)展?fàn)顩r在20世紀(jì)70年代，以美國為主的西方國家發(fā)生石油危機(jī)波及全球范圍后，許多國家開始尋求代替化石燃料的新能源，在研究風(fēng)力發(fā)電這一領(lǐng)域上，投入了相當(dāng)多的人力和物力，結(jié)合空氣動(dòng)力學(xué)理論，運(yùn)用新型材料，電機(jī)，可編程控制器，計(jì)算機(jī)技術(shù)，通信技術(shù)，自動(dòng)化控制等最新開發(fā)成果，研發(fā)新一代的風(fēng)力發(fā)電機(jī)組，充分利用豐富的風(fēng)能資源，開創(chuàng)了一個(gè)綠色風(fēng)能時(shí)代。我國風(fēng)電發(fā)展方向有以下幾方面：（1）風(fēng)力發(fā)電從陸地向海面拓展。2005年當(dāng)年新增裝機(jī)增長率達(dá)到了254%。我國風(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?；赑LC為主控制器的系統(tǒng)，邏輯功能強(qiáng)大，體積小，結(jié)構(gòu)簡單，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?，偏航變槳距變速式的。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