【正文】 都隨著海拔高度的變化而變化。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 ,并且因為傳感器的慣性作用 ,風(fēng)速的瞬時值只能近似地測量。圖 23 為風(fēng)力發(fā)電機(jī)組控制系統(tǒng)示意圖。若出現(xiàn)故障或者遇到異常情況可以快速準(zhǔn)確地檢測到并且分析原因 ,做出相應(yīng)的保護(hù)措施或停機(jī)。通常使用 PLC,或者 DSP微機(jī)處理器作為控制器件 ,它們功能強(qiáng)大 ,能夠應(yīng)付惡劣的工作環(huán)境 ,所以受到廣泛應(yīng)用。塔架的幾種基本形式 :單管拉線式 ,衍架拉線式 ,衍架式和錐筒 式。塔架內(nèi)部配置線纜還必須將發(fā)電機(jī)運作得到的電能輸送至蓄電池或者變壓器傳輸至電網(wǎng)。當(dāng)機(jī)艙內(nèi)引出電纜發(fā)生纏繞時 ,它會自動解纜。 圖 22 風(fēng)力發(fā)電齒輪箱 偏航系統(tǒng)也稱作對風(fēng)裝置 ,被安裝在機(jī)艙座內(nèi)。齒輪箱按照傳動的方式可以分為 :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)軸器與制動器往往設(shè)計在一起。 風(fēng)力發(fā)電機(jī)的傳動機(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。 最早最簡單的風(fēng)力發(fā)電機(jī)由葉輪和發(fā)電機(jī)兩個部分組成 ,站立于一定高度的塔上。 風(fēng)電機(jī)組組成部分介紹 風(fēng)力發(fā)電機(jī)組是將風(fēng)能轉(zhuǎn)化為電能的裝置 ,按其容量可大小以劃分為小型風(fēng)電機(jī)組 (10KW 以下 ),中型風(fēng)電機(jī)組 (10~100KW),大型風(fēng)電機(jī)組 (100KW 以上 )。 按照現(xiàn)在的風(fēng)機(jī)技術(shù) ,風(fēng)速 3m/s 左右的微風(fēng)即可以開始發(fā)電。 附 錄中給出了整個系統(tǒng)的硬件電路圖。利用 STEP7Micro/WIN32 軟件輸入程序 ,查錯調(diào)試 ,連接實驗電路板 ,進(jìn)行模擬仿真 ,根據(jù)觀察結(jié)果判斷程序正確與否。第四章則是控制程序的具體分析 ,針對各控制功能列出程序進(jìn)行詳細(xì)解說 ,最后形成控制總程序。 第三章和第四章是本論文 中的重點部分。文中說道風(fēng)電機(jī)組是由風(fēng)輪、機(jī)艙、塔架以及控制系統(tǒng)這四個部分組成且詳細(xì)描述了各部分的結(jié)構(gòu)、功能等。最后列舉了設(shè)計的主要內(nèi)容和各章節(jié)的安排。從風(fēng)力發(fā)電相比不可再生資源發(fā)電具有的優(yōu)勢和 PLC控制的好處這兩個方面介紹基于 PLC風(fēng)力發(fā)電控制系統(tǒng)的設(shè)計意義。如何假設(shè)建立個風(fēng)力發(fā)電硬件模擬設(shè)備組 ,如何有效合理地分配 I/O 地址 ,如何正確繪制各個功能的電路圖 ,如何編制 PLC 程序 ,如何進(jìn) 行上下位機(jī)聯(lián)調(diào)模擬等。 控制機(jī)組應(yīng)具有輪片隨風(fēng)向變化而變化的動作且具有恒功率輸出的表現(xiàn) ,傳感器對風(fēng)向標(biāo)的夾角進(jìn)行檢測 ,風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)動在相應(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)計一個風(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?！? 國際風(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)展相對成熟的歐美風(fēng)電市場來看 ,歐洲去年新增裝機(jī) ,總裝機(jī)容量上升至 94GW,這一數(shù)字支撐著歐洲 %的用電需求。這表明去年風(fēng)電市場的年增長率達(dá) 6%,總量同比增長超過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)初時歐洲地區(qū)累計風(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 個州建成了風(fēng)電場。目前全世界風(fēng)電工業(yè)規(guī)模約為120 億美元 ,預(yù)計到 2020 年可望達(dá)到 1200 億美元。 2020年底 ,全球風(fēng)力發(fā)電裝機(jī)總?cè)萘客黄?4000萬千瓦 ,風(fēng)力發(fā)電占全球電力供應(yīng)的 %。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)種由計算機(jī)控制多臺或單臺風(fēng)力發(fā)電機(jī)組成的組群的自動控制系統(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)合空氣動力學(xué)理論 ,運用新型材料 ,電機(jī) ,可編程控制器 ,計算機(jī)技術(shù) ,通信技術(shù) ,自動化控制等最新開發(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)了一個綠色風(fēng)能時代。 (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 2020 年 ,我國的風(fēng)電裝機(jī)容量已超過 3000 萬千瓦 ,而 2020 年則有望突破 1 億千瓦或者 億千瓦的風(fēng)電裝機(jī)容量。與2020 年當(dāng)年新增裝機(jī) 萬千瓦相比 ,2020 年當(dāng)年新增裝機(jī)增長率達(dá)到了254%。 我國政府在 2020年制定了《可再生能源中長期發(fā)展計劃》 ,力求達(dá)到 2020年和 2020年風(fēng)電裝機(jī)容量要到達(dá) 1000萬千瓦和 3000萬千瓦的目標(biāo) ,并且制定了風(fēng)電設(shè)備國產(chǎn)化的政策 [3]。東部沿海地區(qū) ,夏季風(fēng)勢力強(qiáng)勁 ,風(fēng)能資源主要集中在夏季。云貴川陜西、豫西、鄂北、湘西、福建廣東 ,盆地地形區(qū)等風(fēng)能貧乏。青藏高原中部和北部、西北、華北、東北三區(qū)域的北部 ,東南沿海的風(fēng)能資源豐富 。 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?；?PLC 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)場信號的變化狀態(tài) ,達(dá)到有效高速地控制整個系統(tǒng)的目的。使風(fēng)電控制相自動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 ,這種簡單的控制方法也會產(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。兆千級的風(fēng)力發(fā)電機(jī)成為主要趨勢 ,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 ,與失速機(jī)組在競爭中發(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)電在為社會發(fā)展和經(jīng)濟(jì)增長提供穩(wěn)定可靠的電力供應(yīng)的同時 ,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 ,運用于發(fā)電這一領(lǐng)域有很大的運用空間。 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 ,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。大氣運動則是因為大氣受到太陽的輻射 ,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%會轉(zhuǎn)變成風(fēng)能。 yaw。溫度控制 The Control System of