【正文】 自動(dòng)對(duì)風(fēng)系統(tǒng)執(zhí)行校正動(dòng)作。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。的控制系統(tǒng)，控制次數(shù)僅為一次。在本文中，設(shè)計(jì)一個(gè)偏航工作區(qū)間為145176。這是個(gè)典型的位置伺服控制系統(tǒng)。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。側(cè)風(fēng)和自動(dòng)解纜控制。偏航驅(qū)動(dòng)裝置常用伺服電動(dòng)機(jī)和偏航減速齒輪。N發(fā)電機(jī)啟動(dòng)模塊的順序控制流程圖如下：NY圖 32 初始化啟動(dòng)控制流程圖（2）偏航控制模塊偏航控制系統(tǒng)包含偏航控制機(jī)構(gòu)與偏航驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)[5]。（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。圖31表示這個(gè)系統(tǒng)流程框圖：Y啟動(dòng)控制器初始化采集風(fēng)速參數(shù)大于額定參數(shù) 啟動(dòng)發(fā)電機(jī)偏航控制停機(jī)溫度控制N變壓器控制圖 31 系統(tǒng)程序流程圖 具體模塊設(shè)計(jì)根據(jù)系統(tǒng)不同方面的功能，將整個(gè)系統(tǒng)分為四個(gè)主要模塊：發(fā)電機(jī)啟動(dòng)模塊、偏航控制模塊、溫度控制模塊和變壓器控制模塊。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。在正常風(fēng)速范圍內(nèi)，發(fā)電機(jī)啟動(dòng)，接下來進(jìn)行各類控制，控制的目的是使風(fēng)力得到最大程度的利用。 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。在設(shè)計(jì)中四個(gè)基本控制要求是：（1）發(fā)電機(jī)啟動(dòng)之前，將外界風(fēng)速模擬量轉(zhuǎn)換后傳送至內(nèi)存單元，與正常發(fā)電的風(fēng)速范圍進(jìn)行比較，不在范圍內(nèi)則警報(bào)進(jìn)行手動(dòng)停機(jī)，在范圍內(nèi)則啟動(dòng)發(fā)電機(jī)；（2）事先編制好風(fēng)向標(biāo)夾角的角度區(qū)間，啟動(dòng)發(fā)電機(jī)后，將外界風(fēng)向模擬量轉(zhuǎn)換后傳送給控制器，將角度數(shù)據(jù)分析后歸相應(yīng)角度區(qū)間進(jìn)行控制，運(yùn)作向左偏航電機(jī)或者向右偏航電機(jī)，使之偏轉(zhuǎn)到合適風(fēng)向范圍內(nèi)；（3）對(duì)機(jī)艙和塔架內(nèi)部的溫度進(jìn)行控制，因?yàn)槭菍?duì)模擬量的閉環(huán)控制，所以采用PID控制方法。控制順序?yàn)?，首先系統(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。最后還有將輸出的直流電流經(jīng)過濾波器濾波，送入電流變換裝置成為三相交流電，這兩部分控制要求在本文中不涉及。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。3 設(shè)計(jì)方案和電氣元件選型 設(shè)計(jì)方案風(fēng)力發(fā)電的主要工作原理：機(jī)械能轉(zhuǎn)化為電能，這也是發(fā)電機(jī)工作的原理。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。v3ρS （） 據(jù)風(fēng)能表達(dá)式可知，風(fēng)能的大小與流過截面的面積和氣體的密度相關(guān)且成正比，與氣體流速的立方也成正比。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。假設(shè)m為氣體質(zhì)量，ρ為空氣密度。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。圖23為風(fēng)力發(fā)電機(jī)組控制系統(tǒng)示意圖。控制系統(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)。 控制系統(tǒng)控制系統(tǒng)是整個(gè)風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的核心部分，它關(guān)系到系統(tǒng)中每一個(gè)部件的動(dòng)作和狀態(tài)。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)。 塔架部件 塔架的功能是支撐位于空中的機(jī)艙、輪片等風(fēng)力發(fā)電主要器件，一般要求高度達(dá)到六十米以上，且塔架與地基相連接處要求牢固，能夠承受強(qiáng)大的風(fēng)力沖擊以及有風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)運(yùn)行引起的不同載荷，將這些載荷接地消除，使得整個(gè)系統(tǒng)能夠平穩(wěn)安全地運(yùn)行下去。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)。齒輪箱按照傳動(dòng)的方式可以分為：展開式，分流式，同軸式和混合式。葉片產(chǎn)生的轉(zhuǎn)矩通過齒輪的傳動(dòng)遞給發(fā)電機(jī)。一般選用直流發(fā)電機(jī)、永磁發(fā)電機(jī)、同步交流發(fā)電機(jī)、異步交流發(fā)電機(jī)等作為風(fēng)電專用發(fā)電機(jī)。聯(lián)軸器與制動(dòng)器往往設(shè)計(jì)在一起。 風(fēng)力發(fā)電機(jī)的傳動(dòng)機(jī)構(gòu)包含增速器、主軸、齒輪箱、發(fā)電機(jī)和聯(lián)軸器等[4]，它是用于傳遞機(jī)械能，并且將機(jī)械能轉(zhuǎn)化為電能的裝置。其中包含齒輪箱、發(fā)電機(jī)等主要部件。 機(jī)艙及其組件 風(fēng)力發(fā)電機(jī)的機(jī)艙承擔(dān)容納所有的機(jī)械零部件，起到支撐作用。風(fēng)輪軸有較高的綜合機(jī)械性。風(fēng)輪軸也叫主軸、低速軸，它在風(fēng)輪以及齒輪箱之間。它的作用是葉片的力和力矩傳遞到主傳動(dòng)機(jī)構(gòu)中。根據(jù)葉片橫截面形狀可以將葉片分為平板型，弧板型和流線型。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。風(fēng)輪是風(fēng)力發(fā)電機(jī)最重要的部件，也是風(fēng)力發(fā)電機(jī)區(qū)別于其他發(fā)電機(jī)的顯要標(biāo)志，其作用是獲取和吸收風(fēng)能，它將風(fēng)能轉(zhuǎn)化為機(jī)械能。圖21表示風(fēng)機(jī)各個(gè)部分的組成。所以在原有的基礎(chǔ)上，增加了偏航系統(tǒng)，齒輪箱，控制系統(tǒng)，停機(jī)系統(tǒng)等部件更加有效地使用風(fēng)能。最早最簡(jiǎn)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。本章簡(jiǎn)單介紹風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的組成以及相關(guān)的空氣動(dòng)力學(xué)知識(shí)，即可清楚了解風(fēng)力發(fā)電的原理和過程。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。最后一章是對(duì)本文的分析和總結(jié)，列出設(shè)計(jì)中的不足之處及改進(jìn)方案。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。第三章主要是設(shè)計(jì)方案的確定，從整體到各個(gè)模塊分層介紹了各個(gè)控制部分的工作原理、工作過程，繪制控制流程圖，最后制作I/O地址分配表。在風(fēng)能理論中介紹了風(fēng)速和風(fēng)能的意義。第二章主要介紹了發(fā)電機(jī)組的組成和空氣動(dòng)力學(xué)的相關(guān)知識(shí)。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)。在論文中的第一章中講述了設(shè)計(jì)課題的背景和選題意義?？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。 主要內(nèi)容及章節(jié)安排在本文中，設(shè)計(jì)一個(gè)風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的控制系統(tǒng)，主控制器為可編程控制器西門子S7200。（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。（3）葉片、齒輪箱、發(fā)電機(jī)等關(guān)鍵部件不斷在可靠性、大型化?！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。過去幾年風(fēng)電裝機(jī)量在美國的新增裝機(jī)里占到了三分之一，而且正在努力實(shí)現(xiàn)到2030年使風(fēng)電能提供美國20%的用電量的目標(biāo)，這也是布什政府之前的政策之一。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。這表明去年風(fēng)電市場(chǎng)的年增長(zhǎng)率達(dá)6%，總量同比增長(zhǎng)超過21%。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。20世紀(jì)初時(shí)歐洲地區(qū)累計(jì)風(fēng)電裝機(jī)容量為2930萬千瓦，約占全球風(fēng)電總裝機(jī)容量的73％。全世界風(fēng)力發(fā)電發(fā)展速度最快是歐洲。美國風(fēng)電年均平增速達(dá)到了24％，有超過30個(gè)州建成了風(fēng)電場(chǎng)。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。2003年底，全球風(fēng)力發(fā)電裝機(jī)總?cè)萘客黄?000萬千瓦，％。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。開發(fā)種由計(jì)算機(jī)控制多臺(tái)或單臺(tái)風(fēng)力發(fā)電機(jī)組成的組群的自動(dòng)控制系統(tǒng)，這些措施都很大地提升了風(fēng)力發(fā)電的效率及可靠性[3]。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。（3）新方案和新技術(shù)的應(yīng)用：例如變速恒頻技術(shù)和變槳距調(diào)節(jié)技術(shù)在功率調(diào)節(jié)方法上的應(yīng)用，計(jì)算機(jī)分布式控制技術(shù)和新的控制理論應(yīng)用。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。在2010年，我國的風(fēng)電裝機(jī)容量已超過3000萬千瓦。2005年當(dāng)年新增裝機(jī)增長(zhǎng)率達(dá)到了254%。而北方以及西北內(nèi)陸地區(qū)，冬季風(fēng)勢(shì)力強(qiáng)勁，所以這些地區(qū)風(fēng)能資源主要集中在冬季。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。 國內(nèi)外發(fā)展現(xiàn)狀 國內(nèi)發(fā)展?fàn)顩r我國的風(fēng)能資源分布：我國風(fēng)能資源的地區(qū)區(qū)域差異大?；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(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。使風(fēng)電控制相自動(dòng)化智能化一體化方向發(fā)展。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。在智能化的風(fēng)電領(lǐng)域中，通過調(diào)節(jié)發(fā)電機(jī)電磁力矩和風(fēng)電機(jī)輪片槳距角使葉尖速比保持在最佳值，實(shí)現(xiàn)風(fēng)力的最大能量獲取。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。兆千?jí)的風(fēng)力發(fā)電機(jī)成為主要趨勢(shì)，海上風(fēng)電開始大規(guī)模發(fā)展。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。第二階段，20世紀(jì)末。人們證明了風(fēng)能可以用來發(fā)電，風(fēng)的許多特點(diǎn)是可以被人們加以利用和控制的。在全球能源危機(jī)和環(huán)境日益脆弱的嚴(yán)重背景下，風(fēng)能資源的開發(fā)越來越受到普通民眾關(guān)注。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)生的大量污染物和二氧化碳排放。風(fēng)力發(fā)電在為社會(huì)發(fā)展和經(jīng)濟(jì)增長(zhǎng)提供穩(wěn)定可靠的電力供應(yīng)的同時(shí)，可以有效地緩解空氣污染、水體污染和溫室效應(yīng)問題。風(fēng)能也是種最具商業(yè)潛力，最具發(fā)展活力的綠色能源，運(yùn)用于發(fā)電這一領(lǐng)域有很大的運(yùn)用空間。風(fēng)能是種取之不盡、用之不竭的可再生能源之一。此后在20世紀(jì)，風(fēng)力發(fā)電蓬勃發(fā)展。在此后的時(shí)代中，這種風(fēng)能的技術(shù)從中東傳入歐洲，荷蘭人利用風(fēng)車進(jìn)行排水，與海爭(zhēng)地，在低洼的海灘上建設(shè)強(qiáng)大的國家。現(xiàn)在人們所說的風(fēng)能利用主要是指風(fēng)力發(fā)電。到19世紀(jì)中葉蒸汽機(jī)出現(xiàn)之后，以風(fēng)能為主能源的應(yīng)用才逐漸減少。公元12世紀(jì)時(shí)，歐洲開始使用風(fēng)車來抽水，碾磨谷物，海航中利用風(fēng)帆來推進(jìn)船只前進(jìn)等。大氣運(yùn)動(dòng)則是因?yàn)榇髿馐艿教柕妮椛?，能量來源于大氣吸收的部分太陽能，太陽到達(dá)地球輻射的20%會(huì)轉(zhuǎn)變成風(fēng)能。 yaw。關(guān)鍵詞：風(fēng)力發(fā)電；可編程控制器；偏航；溫度控制The Control System of Wind Power Based on PLCAbstract：In recent years, with the continuous development of the economy and people’s living standards continue to improve, in the scope of world petroleum, oil and coal these nonrenewable resource consumption was significantly more than the environment can stand. Combustion power generation of pollutants generated also produced negative effect to the environment of the earth. However, the wind energy is a clean, renewable energy power generation, it has tremendous development potential and business activity in this area. With the progress of science and technology, puter and programmable control of the level of scientific research in ascension, for wind power control research provides a new way. In this paper, aiming at these characteristics