【正文】 論文（設(shè)計(jì)）答辯 （ 45 分） 回答問題正確，有理論依據(jù)，基本概念清楚，邏輯 性較強(qiáng)。 總分（ 100 分） 評閱教師評語 : 評閱教師（簽名）： 年 月 日 新疆大學(xué)科學(xué)技術(shù)學(xué)院畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)） 新疆大學(xué)科學(xué)技術(shù)學(xué)院學(xué)生畢業(yè)論文 (設(shè)計(jì) )評議書 論文 (設(shè)計(jì) )題目 : 風(fēng)力發(fā)電機(jī)組偏航控制系統(tǒng)設(shè)計(jì) 學(xué)生姓名 : 劉海龍 專業(yè)班級 :電氣 091 學(xué)號： 20202450037 指導(dǎo)教師姓名 : 王海云 職稱 : 副教授 評價(jià)內(nèi)容 具體要求 得分 論文（設(shè)計(jì)）水平 （ 30 分） 論文（設(shè)計(jì)）內(nèi)容正確，撰寫規(guī)范、有一定的創(chuàng)新性和應(yīng)用價(jià)值。內(nèi)容與專業(yè)要求相吻合，理論與實(shí)際聯(lián)系緊密；查閱文獻(xiàn)有一定廣泛性；有綜合歸納資料的能力，有自己的見解。圖樣繪制與技術(shù)要求符合國家標(biāo)準(zhǔn)，圖面質(zhì) 量符合要求，資料齊全。 創(chuàng)新性與應(yīng)用價(jià)值 （ 15 分） 具有一定的創(chuàng)新性和應(yīng)用價(jià)值。 論文 (設(shè)計(jì) )質(zhì)量（ 20 分） 結(jié)構(gòu)合理、條理清楚、文理通順、用語符合專業(yè)要求；文體格式規(guī)范、圖表清楚。內(nèi)容與專業(yè)要求相吻合， 理論與實(shí)際聯(lián)系緊密。 論文 (設(shè)計(jì) )內(nèi)容（ 30 分） 堅(jiān)持實(shí)事求是科學(xué)態(tài)度，沒有造假和抄襲行為。王海 云 老師在課題研究階段，精心指導(dǎo)、認(rèn)真講解設(shè)計(jì)過程中遇到的各種困難，在這里我向王老師表示真摯衷心的感謝！ 最后還要感謝我的同學(xué)，謝謝你們在設(shè)計(jì)過程中的支持與鼓勵。從長遠(yuǎn)來看，風(fēng)力發(fā)電具有極大的社會效益與經(jīng)濟(jì)效益。中國資源利用協(xié)會可再生能源專業(yè)委員會主持、綠色和平與歐洲風(fēng)能協(xié)會資助的報(bào)告同時指出： 2030 年，中國風(fēng)能規(guī)?？蛇_(dá) 1 億千瓦； 2050 年前后，可達(dá)到或超過 4 億千瓦的裝機(jī)容量。應(yīng)用當(dāng)代非線性控制技術(shù)的發(fā)展成果，加強(qiáng)對風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的研制和對風(fēng)能轉(zhuǎn)換系統(tǒng)的魯棒性控制研究，必將對風(fēng)力發(fā)電的研究起到實(shí)際的推動作用。由于不確定的因素比較多，目前風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)的建模主要是采用了空氣動力的靜態(tài)模型。提高風(fēng)力發(fā)電的效率與改善風(fēng)電的品質(zhì)是風(fēng)力發(fā)電研究的主要目的之一，但還存在著很大困難。 （ 4）根據(jù)風(fēng)力發(fā)電機(jī)組電控系統(tǒng)對偏航控制系統(tǒng)的功能要求，介紹 vb 的基本結(jié)構(gòu)和特點(diǎn)， 并使用 vb 簡單模擬風(fēng)力發(fā)電機(jī)偏航控制過程。 （ 2）介紹了風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)的功能和組成結(jié)構(gòu)。這就要求風(fēng)力發(fā)電機(jī)的偏航系統(tǒng)根據(jù)風(fēng)向與風(fēng)機(jī)位置的不同而調(diào)向。由于風(fēng)速的不穩(wěn)定性就使得風(fēng)力發(fā)電機(jī)并不能總是工作在平穩(wěn)狀態(tài)。 風(fēng)力發(fā)電機(jī)工作環(huán)境比較惡劣。 目前國內(nèi)的研究人員針對風(fēng)力發(fā)電的研究主要局限在電氣方面的研究，而對于風(fēng) 力發(fā)電機(jī)的主體 —— 機(jī)械部分少有涉及。重視和努力推動我國風(fēng)力發(fā)電技術(shù)的快速發(fā)展正當(dāng)其時。在這部法規(guī)中明確規(guī)范了政府和社會在可再生能源開發(fā)利用方面的責(zé)任與義務(wù)，確立了一系列制度和措施。而風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)是典型的機(jī)電一體化技術(shù)系統(tǒng)，同時它還涉及到到空氣動力學(xué)、力學(xué)、材料科學(xué)等相關(guān)學(xué)科和領(lǐng)域，開展風(fēng)力發(fā)電技術(shù)的研究，具有深遠(yuǎn)的意義。當(dāng)需要調(diào)整方向時，微處理器新疆大學(xué)科學(xué)技術(shù)學(xué)院畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)） 27 發(fā)出一定的信號給偏航驅(qū)動機(jī)構(gòu)，以調(diào)整機(jī)艙的方向，達(dá)到對準(zhǔn)風(fēng)向的目的。 結(jié)論與分析 風(fēng)力機(jī)偏航控制系統(tǒng)從原理上來說是一個位置伺服控制系統(tǒng)，即偏航電動機(jī)帶動風(fēng)力機(jī)機(jī)艙負(fù)載使其根據(jù)傳感器發(fā)出的信號，進(jìn)行位置調(diào)整，以達(dá)到對風(fēng)。 圖 44 vb 程序 風(fēng)向儀將采集的信號傳送控制計(jì)算機(jī)，計(jì)算平均風(fēng)向，與偏航角度絕對值編碼器比較，輸出指令驅(qū)動偏航電機(jī)（帶失電制動），將機(jī)頭 朝正對風(fēng)向調(diào)整，并記錄當(dāng)前調(diào)整角度，調(diào)整完畢電機(jī)停轉(zhuǎn)并啟動偏航制動，偏航制動如下圖 45和圖 46 所示。所以風(fēng)機(jī)無論在什么工況下，風(fēng)機(jī)都離不開 3 中基本工作狀態(tài)，它們是：順時針偏轉(zhuǎn)，逆時針偏轉(zhuǎn)和停機(jī)偏轉(zhuǎn)。 控制軟件流程圖 根據(jù)風(fēng)機(jī)主要運(yùn)行控制過程，列出程序中主流程圖及重要的程序流程圖 3 幅如下 。當(dāng)手動偏航信號消失時執(zhí)行偏航制動，返回自動偏航過程。 手動偏航級別最高。不論正在執(zhí)行對風(fēng)偏航還是側(cè)風(fēng)偏航，中斷后立即執(zhí)行偏航制動， 2 秒后執(zhí)行偏航剎車釋放， 2 秒后執(zhí)行逆 /順時針偏航。側(cè)風(fēng)過程在故 障信號清除時結(jié)束，返回自動偏航過程。開始偏航時先執(zhí)行偏航制動，過 2 秒后再執(zhí)行釋放偏航剎車， 2 秒后執(zhí)行順 /逆時針偏航。但這樣使偏航系統(tǒng) 的負(fù)載很大，容易出現(xiàn)故障，因此在設(shè)計(jì)時取消了高風(fēng)速的側(cè)風(fēng)保護(hù)。 側(cè)風(fēng)偏航過程在剎車系統(tǒng)有故障時執(zhí)行。開始偏航時先執(zhí)行偏航制動，過 2 秒后再執(zhí)行釋放偏航剎車， 2 秒后執(zhí)行順 /逆時針偏航。 自動對風(fēng)偏航是在風(fēng)機(jī)系統(tǒng)無故障， 風(fēng)速持續(xù) 10 分鐘達(dá)到偏航風(fēng)速，電網(wǎng)電壓和頻率持續(xù) 10 分鐘無異常后執(zhí)行的。其中手動偏航優(yōu)先級最高。 (8) 完備的 help 聯(lián)機(jī)幫助功能。 (6) Active 技術(shù) 。 (4) 結(jié)構(gòu)化的程序設(shè)計(jì)語言 。 (2) 事件驅(qū)動的編程機(jī)制 。 （ 6） 工具箱 (toolbox)窗口 顯示各種控件的制作工具，供用戶在窗體上設(shè)計(jì)。 （ 4） 屬性 (properties)窗口 所有窗體或控件的屬性設(shè)置。 （ 2） 窗體 (form)窗口 設(shè)計(jì) VB 程序的界面。 (3)、廣泛的用戶基于 visual basic 是世界上使用人數(shù)最多的語言之一，能給更多的開發(fā)者帶來更多的思想，更多的交流和更多的試用機(jī)會。 θ w 機(jī)艙逆時針調(diào)向 新疆大學(xué)科學(xué)技術(shù)學(xué)院畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)） 19 4 偏航控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)及結(jié)果分析 VB 結(jié)構(gòu)和功能 Visual 簡介： (1)、易于學(xué)習(xí)和使用 visual basic 基于圖形界面的開發(fā)環(huán)境使開發(fā)者對各種功能一目了然、易于理解。 圖 38 θ w180176。時θ e=θ w 機(jī)艙順時針調(diào)向 當(dāng)風(fēng)向與風(fēng)力機(jī)葉輪迎風(fēng)面法線方向角度差大于 180176。就水平軸風(fēng)力機(jī)而言，風(fēng)向和風(fēng)力機(jī)葉輪迎風(fēng)面法線方向的夾角有以下兩種情況（以下角度 都是相對的）： 當(dāng)風(fēng)向與風(fēng)力機(jī)葉輪迎風(fēng)面法線方向角度差小于 180o 時，偏航角為： Twe ??? ?? (32) 通常，風(fēng)向角度θ W 是相對于葉輪迎風(fēng)面法線方向角度，故取θ T＝ 0，偏航角度為： we ?? ? (33) 如圖 37 所示（葉輪迎風(fēng)面以粗實(shí)線表示，虛線表示風(fēng)力機(jī)處于迎風(fēng)位置），電機(jī)正轉(zhuǎn)，風(fēng)力機(jī)機(jī)艙順時針調(diào)向。 在偏航過程中，風(fēng)力機(jī)總是按最短路徑將機(jī)艙轉(zhuǎn)過相應(yīng)角度，才能夠提高發(fā)電效率，這樣就需要解決電機(jī)的起動和轉(zhuǎn)向問題。 風(fēng)向標(biāo)作為感應(yīng)元件將風(fēng)向變化信號轉(zhuǎn)換為電信號傳遞到偏航電機(jī)控制回路的處理器中，處理器經(jīng)過比較后給偏航電機(jī)發(fā)出順時針或逆時針 的偏航指令。 偏航控制系統(tǒng)主要具備以下幾個功 能： （ 1）風(fēng)向標(biāo)控制的自動偏航； （ 2）人工偏航，按其優(yōu)先級別由高到低依次為：頂部機(jī)艙控制偏航、面板控制偏航、遠(yuǎn)程控制偏航； （ 3）風(fēng)向標(biāo)控制的 90176。風(fēng)力機(jī)偏航的原理是通過風(fēng)傳感器檢測風(fēng)向、風(fēng)速，并將檢測到的風(fēng)向信號送到微處理器，微處理器計(jì)算出風(fēng)向信號與機(jī)艙位置的夾角，從而確定是否需要調(diào)整機(jī)艙方向以及朝哪個方向調(diào)整能盡快對準(zhǔn)風(fēng)向。 偏航控制系統(tǒng)的功能及原理 偏航控制系統(tǒng)的功能 偏航系 統(tǒng)是風(fēng)力發(fā)電機(jī)組特有的伺服系統(tǒng)，是風(fēng)力發(fā)電機(jī)組電控系統(tǒng)必不可少的重要組成部分。制動襯塊應(yīng)由專用的摩擦材料制成，一般推薦用銅基或鐵基粉末冶金材料制成，銅基粉末冶金材料多用于濕式制動器，而鐵基粉末冶金材料多用于干式制動器。 圖 36 偏航制動器結(jié)構(gòu)圖 制動鉗由制動鉗體和制動襯塊組成。 制動盤通常位于塔架或塔架與機(jī)艙的適配器上，一般為環(huán)狀，制動盤的材質(zhì)應(yīng)具有足夠的強(qiáng)度和韌性，如果采用焊接連接，材質(zhì)還應(yīng)具有比較好的 可焊性，此外，在機(jī)組壽命期內(nèi)制動盤不應(yīng)出現(xiàn)疲勞損壞。兩種形式相比較并考慮失效保護(hù)，一般采用常閉式制動器。制動器應(yīng)設(shè)有自動補(bǔ)償機(jī)構(gòu)，以便在制動襯塊磨損時進(jìn)行自動補(bǔ)償，保證制動力矩和 偏航阻尼力矩的穩(wěn)定。在機(jī)組偏航過程中，制動器提供的阻尼力矩應(yīng)保持平穩(wěn)，與設(shè)計(jì)值的偏差應(yīng)小于 5%，制動過程不得有異常噪聲。 偏航制動器 為了保證風(fēng)力機(jī)停止偏航時不會因葉片受風(fēng)載荷而被動偏離風(fēng)向的情況，風(fēng)力機(jī)上多裝有偏航制動器。而且這種偏航驅(qū)動采用國歌電磁閥、復(fù)雜的控制油路和電控系統(tǒng)來控制，因此故障率很高。由于每個行程中都有松繩和回缸運(yùn)動，運(yùn)動是間歇的，因此效率很低。但在 NEDWIND 機(jī)組中卻采用了一種其他類型的驅(qū)動裝置－鋼絲繩驅(qū)動，通過纏繞在回轉(zhuǎn)支承上的鋼絲繩兩端的兩個液壓缸驅(qū)動，通過控制液壓缸的往復(fù)運(yùn)動，實(shí)現(xiàn)偏航、松繩、回缸幾個運(yùn)動，完成偏航運(yùn)動行程，使機(jī)艙偏轉(zhuǎn)一個角度。） 為了減小偏航驅(qū)動器的體積，也有采用低速大扭矩液壓馬達(dá)驅(qū)動，通過一級行星減速器裝置（ WIND MASTER 機(jī)組采用這種機(jī)構(gòu)）。偏航驅(qū)動器多采用電機(jī)驅(qū)動，通過齒輪減速器得到合適的輸出轉(zhuǎn)速和扭矩，由于偏航速度很慢，減速器傳動比很大，通常在 1： 1000 左右，因此采用多級減速器，一般采用二到三級平行軸斜齒輪減速器和兩級行星減速器組合而成（ BONUS 和 NEGMicon 機(jī)組采用 這種機(jī)構(gòu)）。參見圖 32 和 33。 偏航驅(qū)動裝置通常采用開式齒輪傳動。偏航齒圈的結(jié)構(gòu)簡圖，如圖 33 所示。外齒形式是輪齒位于偏航軸承的外圈上，加工相對來說比較簡單；內(nèi)齒形式是輪齒位于偏航軸承的內(nèi)圈上，嚙合受力效果較好，結(jié)構(gòu)緊湊。 偏航軸承的軸承內(nèi)外圈分別與機(jī)組的機(jī)艙和塔體用螺栓連接。回轉(zhuǎn)支承通常有帶內(nèi)齒輪或外齒輪的結(jié)構(gòu)類型，用于偏航驅(qū)動?；剞D(zhuǎn)支承是一種特殊結(jié)構(gòu)的大型軸承，它除了能夠承受徑向力、軸向力外，還能承受傾覆力矩。軸瓦分為軸向上推力瓦、徑向推力瓦和軸向下 推力瓦三種類型，分別用來承受機(jī)艙和葉片重量產(chǎn)生的平行于塔筒方向的軸向力，葉片傳遞給機(jī)艙的垂直于塔筒方向的徑向力和機(jī)艙的傾覆力矩。 新疆大學(xué)科學(xué)技術(shù)學(xué)院畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)） 13 圖 32 偏航驅(qū)動機(jī)構(gòu)示意圖 偏航軸承 常用的偏航軸承有滑動軸承和回轉(zhuǎn)支承兩種類型。常開式制動器一般是指有液壓力或電磁力拖動時，制動器處于鎖緊狀態(tài)的制動器；常閉式制動器一般是指有液壓力或電磁力拖動時，制動器處于松開狀態(tài)的制動器。風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的偏航系統(tǒng)一般有外齒形式和內(nèi)齒 形式兩種。 偏航驅(qū)動機(jī)構(gòu) 偏航系統(tǒng)一般由偏航軸承、偏航驅(qū)動裝置、偏航制動器、偏航計(jì)數(shù)器、紐纜保護(hù)裝置、偏航液壓回路等幾個部分組成。微處理器通過各個微動開關(guān)的信號來判斷是否需要解纜，向哪個方向解纜以及何時停止解纜等。解纜傳感器安裝在機(jī)艙底部，通過一個尼龍齒輪與偏航大齒圈嚙合，這樣在偏航過程中，尼龍齒輪也一起轉(zhuǎn)動。 解纜傳感器 由于風(fēng)力機(jī)總是選擇最短距離最短時間內(nèi)偏航對風(fēng)，有時由于風(fēng)向的變化規(guī)律，風(fēng)力機(jī)有可能長時間往一個方向偏航對風(fēng)，這樣就會造成電纜的纏繞，如果纏繞圈過多，超過了規(guī)定的值，將造成電纜的損壞。 偏航控制器 偏航控制器負(fù)責(zé)接受和處理信號，根據(jù)控制要求，發(fā)送控制命令。針對這樣的缺陷，文獻(xiàn)中采用了具有新疆大學(xué)科學(xué)技術(shù)學(xué)院畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)） 12 很高的精確性、分辨率與可靠性的絕對式角位移傳感器作為風(fēng)向傳感器。這樣造成的的后果是 :由于不是對風(fēng)很正，偏航系統(tǒng)就會不停的工作，機(jī)艙將會頻繁的調(diào)向。 OPT2 完全或部分被遮住，輸出 0～ 24V 電信號。 當(dāng)風(fēng)力發(fā)電機(jī)與風(fēng)向成逆時針 90176。時， OPT1 完全或部分被遮住，輸出 0～ 24V電信號， OPT2 完全被遮住，輸出 0V 穩(wěn)定低電平信號。 （ 3）風(fēng)力發(fā)電機(jī)與風(fēng)向成 180176。時， OPT2 完全或部 分被遮住，輸出 0～ 24V 電信號。 OPT2完全沒有被遮住，輸出 24V 穩(wěn)定高電平信號。 新疆大學(xué)科學(xué)技術(shù)學(xué)院畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)） 11 圖 31 風(fēng)向傳感器原理圖 當(dāng)風(fēng)力發(fā)電機(jī)與風(fēng)向其工作原理是：一個半圓形桶罩有風(fēng)向標(biāo)驅(qū)動，當(dāng)傳感器 OPT1 或 OPT2 沒有被半圓筒罩擋住時，傳感器輸出信號是高電平，反之是低電平。 風(fēng)向傳感器安裝在風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的玻璃鋼機(jī)艙罩上的固定支架土，可隨風(fēng)力發(fā)電機(jī)組同步旋轉(zhuǎn)。因此風(fēng)力機(jī)上所使用的風(fēng)向儀和測風(fēng)裝置上的風(fēng)向儀在結(jié)構(gòu)和原理上有很大區(qū)別。具體有以下兩個方面： （ 1）因?yàn)橹挥糜诳刂破较到y(tǒng)的工作，并不用于風(fēng)向、風(fēng)速的精確計(jì)量，因此通常精度較低。 風(fēng)向傳感器 風(fēng)向傳感器相關(guān)的原理和性能參數(shù)參見第三章。 新疆大學(xué)科學(xué)技術(shù)學(xué)院畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)） 9 圖 25 控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖 新疆大學(xué)科學(xué)技術(shù)學(xué)院畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)）