【正文】 參考文獻[1]黃素逸. 能源與節(jié)能技術(shù). 北京中國電力出版社. 2004[2]葉杭冶. 風力發(fā)電機組的控制技術(shù). 機械工業(yè)出版社. 2002[3]宮靖遠. 風電場工程技術(shù)手冊. 機械工業(yè)出版社. 2004[4]王承煦 張源. 風力發(fā)電. 中國電力出版社. 2002[5]李俊峰. 風力12在中國. 北京化學(xué)工業(yè)出版社. 2005[6]趙鳳山. 風力發(fā)電論文集. 金盾出版社. 2002[7]. Control strategies for Wind turbines. Wind Vol. 12: P 236249[8]E. A. Bossnyi. Adaptive pitch control for a 250kW Wind Turbine, Proc. British Wind Energy :P 85—92[9]R. Chedid, F. Mrad and M. Basma. Intelligent Control for Wind Energy Conversion System. 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根據(jù)風速模型的仿真曲線，分析風輪機和發(fā)電機各部分曲線的變化情況和整個系統(tǒng)的仿真曲線圖。通過風輪機槳距角控制系統(tǒng)對葉片槳距角進行控制，使風力發(fā)電機組的機械部分與發(fā)電機的電氣部分配合，達到提高風能利用效率及改善供電質(zhì)量的目的。風力發(fā)電系統(tǒng)控制策略是以風速的變化為依據(jù)，風能的最大利用效率為目的，為優(yōu)化風力發(fā)電系統(tǒng)運行特性提出的控制方案。由于風能的不規(guī)則特性，對風力發(fā)電系統(tǒng)輸出功率的穩(wěn)定有很大的影響，也使功率曲線的優(yōu)化產(chǎn)生了一定的困難。變槳距開關(guān)量信號置1，變槳距始終向45176。如圖61所示：啟動剎車變槳系統(tǒng)向45176。內(nèi)連續(xù)調(diào)節(jié)，另一個是數(shù)字量信號，當該量從0（低電平）變?yōu)?（高電平）以后，槳距角就一直向45176。若因故障，自動解纜未起作用，風力發(fā)電機組方向達到9000極值時，紐纜開關(guān)將動作，此開關(guān)動作將會觸發(fā)安全鏈動作，向中心控制器發(fā)出緊急停機信號和不可自復(fù)故障信號，等待進行人工解纜操作。在設(shè)計中，根據(jù)電纜的特性和機組的運行環(huán)境，當其某個方向達到5800時，若此時風速小于3m/s，即風機組不運行時，系統(tǒng)將自動解纜，此時啟動偏航電機向相反方向轉(zhuǎn)動纏繞圈數(shù)解纜，將機艙返回電纜無纏繞位置。由于風向的不確定性，風力發(fā)電機就需要經(jīng)常偏航對風，而且偏航的方向也是不確定的，由此引起的后果是電纜會隨風力發(fā)電機的轉(zhuǎn)動而扭轉(zhuǎn)。在此基礎(chǔ)上，若θ1800表明機艙相對風向標有一個向右偏離的夾角，偏航電機啟動，機艙右偏自動對風。當θ=1800，表明機艙已處于準確對風位置，若1710≤θ≤1890，屬于誤差范圍之內(nèi)，偏航系統(tǒng)將不對稱做出任何調(diào)節(jié)。該過程是以風向傳感器輸出為基準，當風向改變超過允許誤差范圍時，控制器發(fā)出自動偏航指令。③ 判斷是否滿足潤滑的條件當機組需要潤滑時，且風速在8m/s以下，將自行自動潤滑程序；當機組必須潤滑時，且風速在16m/s以下，將自行自動潤滑程序。在執(zhí)行潤滑時，若機艙位置0；潤滑偏航停止位置=機艙位置355；反之，潤滑偏航停止位置=機艙位置+355。只有這樣才能使風力發(fā)電機組在惡劣多變的復(fù)雜工況下長期保持最佳運行狀態(tài)。 主程序流程圖風電發(fā)電機組因其工作環(huán)境和設(shè)備運行方式的特殊性，對機組的潤滑提出了較高的要求。根據(jù)風向和風速的特性和經(jīng)驗值，在調(diào)用該函數(shù)塊濾波時，風向測量值的濾波平滑系數(shù)取300，風速測量值的濾波平滑系數(shù)取60。由于大自然中風的隨機性，風傳感器的測量值隨機干擾很大，為了消除干擾，保證系統(tǒng)的可靠性，綜合考慮各種濾波的優(yōu)缺點，設(shè)計中選用了一階滯后濾波法，器程序設(shè)計如下（結(jié)構(gòu)文本語言編寫）函數(shù)體：out := (old_value * ( ( / time_factor))) + ( in / time_factor) 。為了實現(xiàn)這樣的伺服控制，通過對整個偏航系統(tǒng)的控制過程進行分析。 電磁抱閘制動原理圖 風力機偏航軟件設(shè)計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。在設(shè)計中也選用Bonfiglioli的抱閘系統(tǒng)，該抱閘系統(tǒng)通過整流模塊線圈最終得到24V的直流電來開啟閘片。液壓泵電機為三相異步電機，品牌：恒碩 ；型號：Y80M2 ；電流： A ； 極數(shù)：2 ；額定轉(zhuǎn)速：2830 r/min ； 額定功率： 。剎車閘為液壓卡鉗形式，在偏航剎車時，電磁K1關(guān)閉，先導(dǎo)溢流閥溢流值設(shè)定為150bar的壓力，此時剎車盤約具有150bar的壓力，使剎車片緊壓在剎車盤上，提供制動力。制動器在液壓驅(qū)動管路上一般裝有一個預(yù)壓閥，以使在松閘狀態(tài)時，制動液壓缸仍保持有很小的壓力，使偏航過程中仍有一定的阻力，以保證偏航的穩(wěn)定性。通過行星齒輪減速機得到合適的輸出轉(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，在設(shè)計中選用Bonfiglioli 700T系列的711T行星齒輪減速機。設(shè)計中選用了Bonfiglioli公司100LB電磁抱閘一體化的三相異步電動機。偏航停止時，電磁剎車斷電，剎車釋放將電機鎖死。偏航電機：為電磁制動三相異步電動機，在三相異步電動機的基礎(chǔ)上附加一個直流電磁鐵制動器組成，電磁鐵的直流勵磁電源由安放在電機接線盒內(nèi)的整流裝置供給，制動器具有手動釋放裝置。1400rpm。選型：電機選用了單相交流電動機，為力士德YL8014型號的電機，額定功率：； 額定電壓： 偏航驅(qū)動機構(gòu) 設(shè)計針對的偏航軸承采用的是回轉(zhuǎn)軸承是一種特殊結(jié)構(gòu)的大型軸承，必須定時給軸承潤滑。在選擇變頻器時，依據(jù)電流相加計算，總電流 i=4=， i==25A,同時考慮了輸出功率的問題，最終選擇型號為6SL32240BE315AA0的功率模塊。功率模塊選用了PM240功率模塊具體型號為6SL32240BE315AA0。兩種主要的單元是：控制單元（CU）、功率模塊（PM）。 控制器和通訊模塊置表名稱型號數(shù)量控制器CX102000001PROFIBUS 現(xiàn)場總線主站接口CX1500M3101電源模塊CX110000021數(shù)字量輸入模塊KL14081數(shù)字量輸出模塊KL21343總線耦合器BK31501安全總線端子模塊KL19041SSI 編碼器接口模塊KL50011模擬量輸入模塊KL31221總線末端模塊KL90102這些功能模塊可以通過現(xiàn)場總線ProfibusDP與上位機進行通信及數(shù)據(jù)交換；接收控制量，并將控制量送給控制對象的執(zhí)行機構(gòu)；采集現(xiàn)場過程值送入上位機運算，實現(xiàn)實時控制等功能。主站層由嵌入式PC、電源模塊 、現(xiàn)場總線模塊以及其他I/O模塊等組成，完成對整個系統(tǒng)的控制；從站層是智能化I/O模塊，帶內(nèi)置ProfibusDP接口的總線耦合器，完成現(xiàn)場數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)交換、控制信號輸出等功能。 偏航控制機構(gòu)偏航控制平臺擁有四層結(jié)構(gòu),包括網(wǎng)絡(luò)層,主站層,從站層和現(xiàn)場層。為了防止這種現(xiàn)象的發(fā)生，通常安裝有機艙位置編碼器。風速傳感器型號：4. 。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。 L1 L2 L3 OV PULS_ DIR_ U V W PULS_ DIR_24VM~來自PLC輸出接口L1L2L3FU3QF3M3FR3圖42 變槳距控制電路圖5偏航系統(tǒng)程序設(shè)計 偏航控制系統(tǒng)硬件設(shè)計及選型風力機的偏航系統(tǒng)由偏航檢測機構(gòu)、偏航控制機構(gòu)和偏航驅(qū)動機構(gòu)三大部分組成，其中偏航檢測機構(gòu)包括：風傳感器、機艙位置傳感器；偏航控制機構(gòu)包括：偏航控制器、變頻器；機械驅(qū)動機構(gòu)包括：偏航軸承、偏航潤滑系統(tǒng)、偏航驅(qū)動裝置、偏航制動器。本設(shè)計根據(jù)發(fā)電機測速傳感器的信號及風力大小傳感器傳遞的信號，送至PLC進行分析，若發(fā)現(xiàn)發(fā)電機轉(zhuǎn)速小于額定轉(zhuǎn)速，即功率未達到額定功率，則控制槳距角在0度，當發(fā)電機輸出功率達到額定功率以后，調(diào)節(jié)系統(tǒng)根據(jù)輸出功率的變化，使發(fā)電機的輸出功率保持在額定功率。通過變槳距的調(diào)節(jié)，使發(fā)電機的輸出功率保持在額定功率。在運行過程中，當輸出功率小于額定功率時，通過調(diào)節(jié)槳距角，增大葉片迎風面積；若輸出功率大于額定功率，調(diào)節(jié)槳距角，減小葉片迎風面積。功率輸出將穩(wěn)定地保持在額定值上。并網(wǎng)成功后，在額定風速以下，由主控制器對發(fā)電機組的轉(zhuǎn)速進行控制，槳距角保持0度不變。風力發(fā)電機組起動時，調(diào)節(jié)槳葉由順槳位置（90度）到0度，風機葉輪速度不斷上升，當發(fā)電機轉(zhuǎn)速達到700rpm時，主控制發(fā)出并網(wǎng)指令，由變頻器輸出一定頻率和幅值的正序勵磁電流，使得發(fā)電機定子輸出電壓與電網(wǎng)電壓等幅值同相位，然后控制并網(wǎng)接觸器并網(wǎng)。在機組與電網(wǎng)斷開之前，使之輸出功率減小到0，對電網(wǎng)的沖擊最小。 (418) (419)在低風速時，槳葉節(jié)距角可以轉(zhuǎn)到合適的角度，使風輪具有最大的起動力矩，起動容易。（1）風能利用系數(shù)風輪機從自然風能中吸到能量的大小和程度可以用風能利用率系數(shù)表示 (416)（2）葉尖速比為了表示風輪在不同的風速中的狀態(tài)用葉片的葉尖圓周速度與風速之比來衡量稱為葉尖速比 (417)低速風輪取較小值；高速風輪取較大值。通常風輪機風輪葉片接受風能的效率達不到59．3％，一般根據(jù)葉片的數(shù)量、葉片的翼形、。風作用在葉片上的力由歐拉定理求得 (44)式中 ——空氣當時的密度風輪所接受的功率為 (45)所以經(jīng)過風輪葉片的風的動能轉(zhuǎn)化 (46)式中 ——空氣質(zhì)量 (47) (48)因此，風作用在風輪葉片上的力F和風輪輸出的功率P分別為 (49) (410)風速是給定的，的大小取決于，是的函數(shù)，對微分求最大值得 (411)令其等于0，求解方程得 (412) (413)16/27=0．593，稱作貝茨功率系數(shù) (414)而正是風速為的風能，故 (415)=0．593，說明風吹在葉片上，葉片上所能獲得的最大功率為風吹過葉片掃掠面積的風能的59．3％。如果以表示空氣密度，該體積的空氣質(zhì)量，此時氣體所具有的動能為 (43)的單位是kg/m3；V的單位是m3；的單位是m/s；T的單位是W。風吹到葉片上所做的功是將風的動能轉(zhuǎn)化為葉片轉(zhuǎn)動的機械能，則有 。而空氣流是連續(xù)的，不可壓縮的，葉片掃掠面上的氣流是均勻的，氣流速度的方向不論在葉片前或流經(jīng)葉片后都是垂直葉片掃掠面的(或稱為是平行風輪軸線的)，滿足以上條件的風輪稱為“理想風輪”。貝茨(Betz)建立的。（2） 槳距角控制功率的參照量（Pref）模型以發(fā)電機的額定功率作為控制系統(tǒng)功率輸入的參照量，由實際值與其進行比較，根據(jù)所得值的大小可以判斷功率輸出是否穩(wěn)定，從而可以通過改變槳距角進行功率調(diào)節(jié)。功率反饋信號與額定功率進行比較，功率超過額定功率時，槳葉節(jié)距向迎風面積減少的方向轉(zhuǎn)動一個角度，反之則向迎風面積增大的方向轉(zhuǎn)動一個角度。方向轉(zhuǎn)動，直到氣流對槳葉產(chǎn)生一定的攻角后風輪才起動。 變槳距風力發(fā)電機組控制系統(tǒng) 風力發(fā)電機組的變槳距控制系統(tǒng)模型變槳距風輪機的槳葉靜止時節(jié)距角為90176。當風速變大時，風輪及發(fā)電機上的轉(zhuǎn)速上升，即發(fā)電機的轉(zhuǎn)差率增大，只要改變發(fā)電機的轉(zhuǎn)子電阻即可保持輸出功率不變。發(fā)電機的電磁轉(zhuǎn)矩為 (2