【正文】 電壓輸入5UCC相電壓輸入7UN電壓輸入，地9D+RS485接口信號(hào)正極10DRS485接口信號(hào)正極11VCC正電源12GND電源負(fù)，地13IAA相電壓輸入負(fù)端14AI+A相電壓輸入正端15IBB相電壓輸入負(fù)端16IB+B相電壓輸入正端17ICC相電壓輸入負(fù)端18IC+C相電壓輸入正端其他NC未連接三、限位開關(guān) 用于控制機(jī)械設(shè)備的行程及限位保護(hù)。引進(jìn)電壓信號(hào)和電流信號(hào)測(cè)量線路三相電參數(shù)數(shù)據(jù)。如需重新計(jì)量電能，可現(xiàn)場(chǎng)將累積電能數(shù)據(jù)全部清零，再從零開始重新計(jì)量電能。極限值可根據(jù)實(shí)際情況和需要設(shè)置。WZ625型電參數(shù)測(cè)量模塊技術(shù)含量高、計(jì)量誤差小/性能穩(wěn)定。二、功率傳感器簡(jiǎn)介WZ625型電參數(shù)測(cè)量模塊，該模塊是三相電參數(shù)數(shù)據(jù)的綜合采集設(shè)備，負(fù)責(zé)接收測(cè)控主機(jī)指令，完成相關(guān)電參數(shù)的采集和傳送。風(fēng)向重錘采用附翼板，提高了動(dòng)態(tài)特性。5．特點(diǎn)FS10風(fēng)傳感器由風(fēng)速傳感器和風(fēng)向傳感器組成。風(fēng)力發(fā)電機(jī)組先投入氣動(dòng)剎車，同時(shí)偏航900，等功率下降后脫網(wǎng)，20s后或者低速軸轉(zhuǎn)速小于一定值時(shí)，抱機(jī)械閘，風(fēng)力發(fā)電機(jī)組完全停止。20%50HZ，直流12V、5V可選。177。 風(fēng)速儀平面圖2． 參數(shù)設(shè)置： 、過風(fēng)速設(shè)置畫面 ，再按一下功能鍵；進(jìn)入欠風(fēng)速、過風(fēng)速回差設(shè)置畫面，按再按一下功能鍵：液晶顯示主畫面；到參數(shù)設(shè)置完畢。6）數(shù)字鍵：在參數(shù)設(shè)置畫面狀態(tài)，按此鍵則光標(biāo)閃爍位的數(shù)字增加1；連續(xù)按此鍵，可以設(shè)置所需要的數(shù)值。一、風(fēng)速傳感器FS101． 功能 1）液晶：開機(jī)，背光亮，顯示風(fēng)速值2）工作指示燈：正常運(yùn)行時(shí)，綠燈閃爍。對(duì)應(yīng)風(fēng)速的兩個(gè)運(yùn)行范圍，設(shè)計(jì)兩個(gè)不同的控制器，風(fēng)速在切入風(fēng)速和額定風(fēng)速之間變化時(shí)，以發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)速作為控制輸入量，根據(jù)轉(zhuǎn)速傳感器測(cè)得的轉(zhuǎn)速信號(hào)，由PLC發(fā)出驅(qū)動(dòng)信號(hào)，控制發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)速變化，使得葉尖速比維持在最佳值不變，同時(shí)保持葉片槳矩角為00,使得風(fēng)力機(jī)追蹤最佳功率曲線，具有最高的風(fēng)能轉(zhuǎn)換效率。通過與模塊CP2431 來連接到工業(yè)以太網(wǎng)上，能通過遠(yuǎn)程編輯器，對(duì) PLC進(jìn)行程序編輯、傳送、狀態(tài)監(jiān)視、數(shù)據(jù)交換、存儲(chǔ)、讀取數(shù)據(jù)等。CPU模塊均集成1到2個(gè)串行通信接口，用于連接外部設(shè)備或組成PLC網(wǎng)絡(luò)體系。S7200 PLC可以使用 56 條基本邏輯處理指令、11 條定時(shí)器/計(jì)數(shù)器指令、4條實(shí)時(shí)鐘指令、27條數(shù)學(xué)運(yùn)算指令、84 條其他指令，總計(jì)可達(dá)182條。均帶有固定點(diǎn)數(shù)的高速計(jì)數(shù)輸入和高速脈沖輸出，輸入/輸出頻率可以達(dá)到20100kHz。S7200 PLC是家族中 I/O點(diǎn)數(shù)最少、功能最精簡(jiǎn)的微型PLC產(chǎn)品，主要有以下特點(diǎn)：采用整體式I/O型與基本單元加擴(kuò)展的結(jié)構(gòu)，CPU、電源、輸入輸出安裝于一體，結(jié)構(gòu)緊湊、安裝簡(jiǎn)單；編程指令、元件豐富，性價(jià)比高。PLC按照程序的要求，通過對(duì)來自設(shè)備外圍的按鈕、行程開關(guān)、接觸器點(diǎn)等開關(guān)量信號(hào)進(jìn)行邏輯運(yùn)算處理，并控制外圍指示燈、電磁閥、接觸器線圈通斷等功能。PLC作為一種通用的工業(yè)控制器有它的特點(diǎn)：可靠性高，必須能夠在各種不同的工業(yè)環(huán)境中正常工作，抗干擾能力強(qiáng)，平均無故障工作時(shí)間長，能適應(yīng)惡劣的環(huán)境。由于輪轂內(nèi)空間限制，安裝法蘭至軸端尺寸應(yīng)滿足空間要求。帶制動(dòng)器。額定功率:要和伺服驅(qū)動(dòng)器相匹配。轉(zhuǎn)矩:和減速機(jī)配合之后足以驅(qū)動(dòng)槳葉轉(zhuǎn)動(dòng)。變槳伺服電機(jī)要求:根據(jù)驅(qū)動(dòng)器指令運(yùn)轉(zhuǎn)，通過減速機(jī)帶動(dòng)槳葉回轉(zhuǎn)軸承旋轉(zhuǎn)，從而調(diào)節(jié)槳葉的轉(zhuǎn)矩角；通過編碼器將電機(jī)的位置信號(hào)反饋至驅(qū)動(dòng)器。AC永磁同步伺服電機(jī)具有DC伺服電機(jī)的全部優(yōu)點(diǎn)；無接觸換相器件；需要磁極位置檢測(cè)器AC感應(yīng)伺服電機(jī)具有DC伺服電機(jī)的全部優(yōu)點(diǎn)；對(duì)定子電流的激磁分量和轉(zhuǎn)矩分量分別控制。還對(duì)變槳控制的兩項(xiàng)技術(shù)和四類工況進(jìn)行了論述，從而，設(shè)計(jì)了變槳矩控制系統(tǒng)的硬件電路。第三章 變槳系統(tǒng)設(shè)備選型與硬件電路設(shè)計(jì)設(shè)備選型對(duì)任何一個(gè)系統(tǒng)來說都顯得非常重要，因?yàn)樗葲Q定了本系統(tǒng)的控制效果的優(yōu)劣，又與經(jīng)濟(jì)性直接相關(guān)。隨著槳矩角的增加，風(fēng)輪受力明顯減小，由此得出變槳矩風(fēng)力發(fā)電電機(jī)組的功率調(diào)節(jié)原理：當(dāng)風(fēng)速低于額定值時(shí)，槳矩角在00附近，通過變速恒頻技術(shù)實(shí)現(xiàn)最大風(fēng)能捕獲；當(dāng)風(fēng)速高于額定值時(shí)，調(diào)節(jié)槳矩角實(shí)現(xiàn)機(jī)組輸出功率穩(wěn)定在額定值附近。因此，本文選擇的研究對(duì)象是基于獨(dú)立驅(qū)動(dòng)的電動(dòng)變槳系統(tǒng)。相比較液壓變槳系統(tǒng)國內(nèi)現(xiàn)有的優(yōu)勢(shì)也比較明顯。然而值得一提的是電滑環(huán)，由于變槳矩系統(tǒng)對(duì)電滑環(huán)的要求比較高，因此，高性能的電滑環(huán)還值得關(guān)注的。4）位移傳感器和接近開關(guān)： 位移傳感器和接近開關(guān)是安裝在軸承內(nèi)齒輪部位的主要檢測(cè)裝置，要求可靠性高、精準(zhǔn)度好，也都是進(jìn)口產(chǎn)品。2）控制器等電子設(shè)備： 控制器相當(dāng)于整個(gè)電動(dòng)變槳系統(tǒng)的大腦，技術(shù)含量較高，基本被國外公司壟斷，成為發(fā)展電動(dòng)變槳系統(tǒng)主要的瓶頸之一。目前生產(chǎn)風(fēng)機(jī)的原件還是以進(jìn)口產(chǎn)品或跨國公司在華所設(shè)工廠生產(chǎn)的產(chǎn)品為主。由于電動(dòng)行業(yè)在國內(nèi)發(fā)展的較好，各部件的國產(chǎn)化率較高，但在高可靠性、高穩(wěn)定性的部件上某些進(jìn)口產(chǎn)品仍居主導(dǎo)地位[25]。風(fēng)機(jī)中液壓變槳系統(tǒng)的實(shí)質(zhì)國產(chǎn)化率按價(jià)值算不超過10%，高精度核心部件基本全部是進(jìn)口產(chǎn)品，技術(shù)含量較低的如緊固件、泵站油箱等可在國內(nèi)找到合適渠道[24]。可以看出，我國的液壓行業(yè)普遍服務(wù)于普通工程機(jī)械領(lǐng)域，高精度、高穩(wěn)定性的液壓產(chǎn)品在國內(nèi)的發(fā)展還比較落后。液壓膠管是另一種常用的管路，中高端膠管總成中的軟管部分基本上是進(jìn)口軟管。液壓管系統(tǒng)中常用的管路種類是液壓鋼制彎管。5）管路： 標(biāo)準(zhǔn)接頭在國內(nèi)有很多優(yōu)秀的廠商，如伊頓永華的系列產(chǎn)品，質(zhì)量穩(wěn)定，性價(jià)比高。皮囊式蓄能器在國內(nèi)應(yīng)用較多，但皮囊是影響其壽命的關(guān)鍵部件，中高端產(chǎn)品還多為進(jìn)口。國內(nèi)液壓油缸的整體水平還是與發(fā)達(dá)國家有著相當(dāng)大的差矩的。問題是大尺寸的擠壓鋁及其相應(yīng)的熱處理在國內(nèi)很難找到合適渠道。1）液壓泵站： 液壓柱塞泵是泵站的核心，國外品牌的液壓柱塞泵質(zhì)量大多比較可靠，國內(nèi)品牌中，北京華德品質(zhì)較好。在硬件方面，我們的分析從變槳系統(tǒng)結(jié)構(gòu)部件的供應(yīng)鏈的情況來進(jìn)行。液壓變槳系統(tǒng)與電動(dòng)變槳系統(tǒng)的特點(diǎn)及性能比較[21]見表 。 風(fēng)力發(fā)電機(jī)組變槳矩驅(qū)動(dòng)裝置比較和選擇 液壓變槳與電動(dòng)變槳技術(shù)比較由于風(fēng)力發(fā)電機(jī)組大多安裝在環(huán)境惡劣的偏遠(yuǎn)地區(qū)，這為風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的維護(hù)和保養(yǎng)增加了許多困難，這就要求風(fēng)力機(jī)組具有高度的可靠性，因此要求風(fēng)機(jī)的各個(gè)部件要有穩(wěn)定且可靠的質(zhì)量。其特點(diǎn)是三只葉片的驅(qū)動(dòng)由同三個(gè)相同的驅(qū)動(dòng)裝置驅(qū)動(dòng)，三只葉片的槳矩角調(diào)節(jié)是相互獨(dú)立的。2）獨(dú)立驅(qū)動(dòng)變槳矩系統(tǒng)。其特點(diǎn)是三只葉片的驅(qū)動(dòng)由同一個(gè)驅(qū)動(dòng)裝置驅(qū)動(dòng)，三只葉片的槳矩角調(diào)節(jié)是同步的。（2）按每個(gè)葉片是獨(dú)立調(diào)節(jié)還是同步調(diào)節(jié)可以分為兩種：1）共同驅(qū)動(dòng)變槳矩系統(tǒng)。它為風(fēng)力發(fā)電機(jī)組功率輸出和剎車制動(dòng)提供了足夠的能力。即使其中一個(gè)槳葉剎車制動(dòng)失敗，其它兩個(gè)葉片也可以安全完成剎車的過程，提高了整個(gè)系統(tǒng)的安全性和可靠性。該執(zhí)行機(jī)構(gòu)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、可靠，充分利用了有限的空間，實(shí)現(xiàn)了分散布置，且可以實(shí)現(xiàn)對(duì)單一槳葉進(jìn)行控制，但對(duì)于大功率風(fēng)機(jī)的動(dòng)態(tài)特性相對(duì)較差。變槳矩控制是根據(jù)伺服電動(dòng)機(jī)自帶的位置編碼器所測(cè)的位移值進(jìn)行控制的。在輪轂內(nèi)齒圈的邊上又安了一個(gè)非接觸式位移傳感器，對(duì)內(nèi)齒圈轉(zhuǎn)動(dòng)的角度進(jìn)行直接檢側(cè)，即槳葉槳矩角變化，當(dāng)內(nèi)齒圈轉(zhuǎn)過一個(gè)角度，則非接觸式位移傳感器輸出一個(gè)脈沖信號(hào)。而每個(gè)槳葉采用一個(gè)帶位置反饋的伺服電動(dòng)機(jī)進(jìn)行單獨(dú)調(diào)節(jié)，安裝在伺服電動(dòng)機(jī)輸出軸上，采集電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)動(dòng)角度。[19]。 液壓伺服變槳矩執(zhí)行機(jī)構(gòu)的原理框圖2）電動(dòng)變槳矩系統(tǒng)。液壓缸的位移由液壓比例閥進(jìn)行精準(zhǔn)的控制。當(dāng)液壓缸活塞桿向左移動(dòng)到最大位置時(shí)，槳矩角為900。液壓伺服變槳矩系統(tǒng)具有傳動(dòng)力矩大、重量輕、剛度大等優(yōu)點(diǎn)。（1）變槳矩的執(zhí)行機(jī)構(gòu)大致分為電液伺服系統(tǒng)和電動(dòng)伺服系統(tǒng)兩類[18]。為了直觀起見，通常用槳矩角來說明上面的關(guān)系，即當(dāng)增大時(shí)，風(fēng)機(jī)速度下降。再由式()，這里增大，將減小。 i和CL與CL與CD的關(guān)系由式()可得正比于，所以當(dāng)攻角增大時(shí)，風(fēng)能利用系數(shù)增大；反之當(dāng)攻角減小時(shí)，風(fēng)能利用系數(shù)減小。也將增大，由式()可知扭矩系數(shù)也會(huì)增大。對(duì)于在一定轉(zhuǎn)速下運(yùn)轉(zhuǎn)的風(fēng)機(jī)，當(dāng)風(fēng)速和風(fēng)向一定時(shí)，和為定值。根據(jù)力的平衡關(guān)系，葉片的扭矩為 式() 式() 式()式中：為扭矩系數(shù)；為風(fēng)輪的迎風(fēng)面積；為風(fēng)輪半徑；為葉片的相對(duì)風(fēng)速。這樣由式()和()得 式()當(dāng)風(fēng)機(jī)處于一定的風(fēng)速下，對(duì)于一定的負(fù)載，、亦為常數(shù)量，那么轉(zhuǎn)速就取決于風(fēng)能利用系數(shù)的大小。風(fēng)機(jī)將產(chǎn)生的能量轉(zhuǎn)換為機(jī)械能傳遞給負(fù)載，機(jī)械能表達(dá)式為 式()式中：為機(jī)械能；為風(fēng)機(jī)扭矩；為風(fēng)機(jī)角速度。當(dāng)風(fēng)速持續(xù)變化時(shí)，葉片的槳矩角始終保持在最佳的角度，從而使風(fēng)電機(jī)組在不同風(fēng)速下始終保持其風(fēng)輪的最佳轉(zhuǎn)換效率，使輸出功率達(dá)到最大值。功率反饋信號(hào)與給定值進(jìn)行比較，當(dāng)功率超過額定功率的時(shí)，槳葉就向著迎風(fēng)面積減小的方向轉(zhuǎn)動(dòng)一個(gè)角度，反之則向著迎風(fēng)面積增大的方向轉(zhuǎn)動(dòng)一個(gè)角度。這時(shí)風(fēng)力發(fā)電機(jī)組運(yùn)行方式從轉(zhuǎn)速控制切換到功率控制，變槳矩系統(tǒng)開始根據(jù)發(fā)電機(jī)的功率信號(hào)進(jìn)行控制?，F(xiàn)在多采用的雙饋異步發(fā)電機(jī)的風(fēng)力發(fā)電機(jī)在該狀態(tài)能夠通過風(fēng)速采集的低頻分量為參數(shù)調(diào)整發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)差率，使其運(yùn)行在最佳葉尖速比，進(jìn)而達(dá)到對(duì)風(fēng)能的最大利用率。與轉(zhuǎn)速控制方式同理，在早期的變槳矩風(fēng)力發(fā)電機(jī)組中，對(duì)于欠功率狀態(tài)是不進(jìn)行控制的。當(dāng)轉(zhuǎn)速在同步轉(zhuǎn)速附近保持一段時(shí)間后，發(fā)電機(jī)才并入電網(wǎng)。轉(zhuǎn)速控制的給定值是恒定的，即同步轉(zhuǎn)速。在這種情況下，槳葉的槳矩角一直保持在同步轉(zhuǎn)速對(duì)應(yīng)的角度。為了確保并網(wǎng)平穩(wěn)及穩(wěn)定性，對(duì)電網(wǎng)產(chǎn)生盡可能小的沖擊，變槳矩系統(tǒng)可以在一定時(shí)間內(nèi)，保持發(fā)電機(jī)的轉(zhuǎn)速在同步轉(zhuǎn)速附近，以便尋找最佳并網(wǎng)時(shí)機(jī)。在發(fā)電機(jī)并入電網(wǎng)之前，發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)速信號(hào)作為變槳矩系統(tǒng)的槳矩角的主要控制量。 變槳矩風(fēng)力發(fā)電機(jī)在停機(jī)狀態(tài)的時(shí)候，葉片的槳矩角為900，此時(shí)氣流對(duì)槳葉不產(chǎn)生切向力也沒有轉(zhuǎn)矩，整個(gè)槳葉實(shí)際上相當(dāng)于一塊阻尼板。塔影效應(yīng)引起的葉片載荷變化比風(fēng)切變效應(yīng)等其他因素導(dǎo)致的載荷變化更容易引起風(fēng)輪葉片的振動(dòng)。若該點(diǎn)的槳葉方位角在風(fēng)輪旋轉(zhuǎn)平面下沿中心相對(duì)于輪轂中心在177。因?yàn)樗軐?duì)氣流的阻礙，所以在塔架的長游和下游都將使氣流速度減小，這種效應(yīng)稱為塔影效應(yīng)[16]。風(fēng)切變是穩(wěn)定平均風(fēng)速隨著空間高度發(fā)生的變化，也就是風(fēng)速會(huì)隨高度的增加而增加，這種現(xiàn)象被稱為風(fēng)切變效應(yīng)[15]。影響風(fēng)速的因素有很多，其中作用最為顯著的是高度，尤其隨著風(fēng)機(jī)的大型化，風(fēng)輪直徑的增加，高度對(duì)于風(fēng)輪平面內(nèi)風(fēng)速的影響就越來越明顯，而其它隨機(jī)干擾反而可能會(huì)因?yàn)槿~片長度的增加相互抵消而減弱。 不同槳矩角條件下，風(fēng)能利用系數(shù)與葉尖速比的關(guān)系曲線上文對(duì)于風(fēng)速的空氣動(dòng)力學(xué)的分析是基于風(fēng)速在空間均勻分布，不隨時(shí)域變化的前提條件下的。對(duì)于變速變槳矩風(fēng)電機(jī)組來說，是葉尖速比和槳矩角的函數(shù)，風(fēng)能利用系數(shù)可以表示為[13]： 式()對(duì)于不同槳矩角，[14]，可以看出：對(duì)于某一固定槳矩角，對(duì)應(yīng)存在風(fēng)能利用系數(shù)的唯一最大值。恒速運(yùn)行的風(fēng)力發(fā)電機(jī)組，風(fēng)輪轉(zhuǎn)速恒定，而風(fēng)速一直變化，因此不可能保持在最大值，這樣一來，風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的運(yùn)行效率通常不高。葉尖速比是旋轉(zhuǎn)風(fēng)輪的葉尖速度與風(fēng)速之比，是風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的一個(gè)重要設(shè)計(jì)參數(shù)，表示為： 式()其中: 為風(fēng)輪半徑；葉尖速比直接影響葉片的能量捕獲，影響風(fēng)能利用系數(shù)，在實(shí)際中常用風(fēng)能利用系數(shù)對(duì)葉尖速比入的變化曲線表示該風(fēng)輪的空氣動(dòng)力特性[12]。設(shè)為通過風(fēng)輪截面的實(shí)際風(fēng)速，為風(fēng)輪后方遠(yuǎn)處的風(fēng)速，在單位時(shí)間內(nèi)，從風(fēng)輪前到風(fēng)輪后氣流動(dòng)能的變化量就是為風(fēng)輪所吸收并使風(fēng)輪旋轉(zhuǎn)的風(fēng)能，即： 式() 空氣流過風(fēng)輪旋轉(zhuǎn)面及其前后的狀況假設(shè)風(fēng)速己知，而可以看成是v2的函數(shù)，按照求解一元函數(shù)極值方法，得到風(fēng)輪吸收風(fēng)能最大值為： 式()定義單位時(shí)間內(nèi)風(fēng)輪吸收的風(fēng)能E與通過風(fēng)輪旋轉(zhuǎn)面的全部風(fēng)能之比為風(fēng)能利用系數(shù)，即： 式()由貝茲理論可知，理想風(fēng)輪的最大理論效率，就是說即使轉(zhuǎn)化風(fēng)能過程無損耗，也只能有的風(fēng)能可以為風(fēng)力發(fā)電機(jī)組所用。依據(jù)貝茲(Betz)理論，流過風(fēng)輪的氣流速度不可能為零，因此，只有部分風(fēng)能能夠被轉(zhuǎn)換為機(jī)械能[10]。由流體力學(xué)理論可知，流動(dòng)氣體所含有的動(dòng)能可以表示為[9]： 式()式中: 為氣體質(zhì)量。，氣流流經(jīng)葉素，會(huì)對(duì)其產(chǎn)生氣動(dòng)力作用，在垂直于氣流方向產(chǎn)生一個(gè)氣動(dòng)力，即升力，同時(shí)，還會(huì)在氣流方向產(chǎn)生一個(gè)阻力。功角是弦線與氣流速度矢量之間的夾角。葉片翼型弦線與風(fēng)輪掃掠面的夾角，稱作槳矩角。它兼具傳統(tǒng)電容器的大電流