【正文】 ....................................... 16 偏航解纜程序設(shè)計(jì) ............................................................................................... 16 解纜程序設(shè)計(jì)思想 ......................................................................................... 16 自動(dòng)解纜子程序 ............................................................................................ 18 自動(dòng)對(duì)風(fēng)控制 ...................................................................................................... 19 自動(dòng)對(duì)風(fēng)程序設(shè)計(jì)思想 ................................................................................ 19 模擬量輸入的轉(zhuǎn)換 ......................................................................................... 20 自動(dòng)對(duì)風(fēng)子程序 ............................................................................................ 21 4. 5 風(fēng)機(jī)自啟動(dòng) ......................................................................................................... 22 主程序設(shè)計(jì) ......................................................................................................... 22 本章小結(jié) ............................................................................................................. 23 第 5 章 偏航實(shí)驗(yàn) .......................................................................................................... 24 實(shí)驗(yàn)構(gòu)成 .............................................................................................................. 24 實(shí)驗(yàn)過(guò)程 .............................................................................................................. 25 實(shí)驗(yàn)結(jié)果與分析 ................................................................................................... 25 實(shí)驗(yàn)結(jié)果 ...................................................................................................... 25 實(shí)驗(yàn)分析 ...................................................................................................... 27 第 6 章 總結(jié) ................................................................................................................. 28 參考文獻(xiàn) ....................................................................................................................... 29 致謝 .............................................................................................................................. 31 附錄 .............................................................................................................................. 32 沈陽(yáng)工業(yè)大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 1 第 1 章 緒論 開發(fā)利用風(fēng)力發(fā)電的動(dòng)因 人類經(jīng)濟(jì)的發(fā)展 與能源的開發(fā)和利用 密不可分，每一次新型能源的開發(fā)利用都使社會(huì) 發(fā)展產(chǎn)生一次 質(zhì)的飛躍 。 以太陽(yáng)能、風(fēng)能、海洋能、生物質(zhì)能、地?zé)崮艿鹊目稍偕茉吹玫缴鐣?huì)的廣泛重視。風(fēng) 電作為一種 新型的清潔能源，其優(yōu)勢(shì)得到越來(lái)越多的人認(rèn)可 。隨著設(shè)備的改善，風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的單機(jī)容量與發(fā)電質(zhì)量不斷提高，這使得風(fēng)電成本下降，考慮到環(huán)保、交通等因素，風(fēng)電經(jīng)濟(jì)性逐步優(yōu)于火電。順著全球變暖，人居環(huán)境不斷惡化。而風(fēng)電機(jī)組在發(fā)電過(guò)程中，不會(huì)對(duì)環(huán)境造成污染。 （ 3） 風(fēng)電建筑用地 占地少。 （ 4） 風(fēng)力發(fā)電場(chǎng)建設(shè)周期短。建設(shè)一個(gè)風(fēng)力發(fā)電場(chǎng)，從土建、安裝到投產(chǎn)，只需半年至一年時(shí)間 [1 ]。 風(fēng)力發(fā)電技術(shù)的研究極為迅猛 ，單機(jī)容量從最初的數(shù)十千瓦級(jí)發(fā)展到兆瓦級(jí) ； 控制方式從 基本單一的 定槳距失速控制向全槳葉變距和變速控制發(fā)展 ，其趨勢(shì)將向智能型發(fā)電機(jī)組發(fā)展 ； 運(yùn)行可靠性從 1980 年左右 的 50%，提高到 98%以上 ， 且在風(fēng) 場(chǎng) 運(yùn)作 的 風(fēng)電機(jī)組都可 實(shí)現(xiàn)集中控制和遠(yuǎn)程控制 ； 從今后的發(fā)展其實(shí)來(lái)看風(fēng)電場(chǎng)將從內(nèi)陸移到海上，這使其 發(fā)展空間變得更為廣闊 [2]。根據(jù)風(fēng)能理事會(huì)統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)顯示： 20xx 年全球新增風(fēng)電裝機(jī)容量達(dá) 40564MW； 新增容量是全球累沈陽(yáng)工業(yè)大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 2 計(jì)風(fēng)電裝機(jī)達(dá)到 237669MW。 以下為 20xx 年 世界風(fēng)電 新增裝機(jī)容量 前 10 位的國(guó)家。 我國(guó) 的裝機(jī)容量較 20xx 年的 18GW 有所下降 [3]。當(dāng)每千瓦裝機(jī)成本為 700 歐元且 平均風(fēng)速 為 7m/s 的地區(qū) ，風(fēng)電 便可 與 火電、煤電相 競(jìng)爭(zhēng)。 （ 3）海上風(fēng)電悄然興起 近年來(lái)，近海風(fēng)電技術(shù)逐步成為風(fēng)電領(lǐng)域新的研究與應(yīng)用的熱點(diǎn)。包括瑞典、丹麥、荷蘭和英國(guó)在內(nèi)的西方國(guó)家已率先對(duì)近海風(fēng)電技術(shù)進(jìn)行了研究。位于丹麥南海岸的 Nysted風(fēng)電場(chǎng) 目前 是世界上最大的海上風(fēng)電場(chǎng) ，其 容量為 ，由 72 臺(tái) 海上風(fēng)電機(jī)組組成， 并 于 20xx 年 12月開始發(fā)電。 中國(guó)風(fēng)力發(fā)電現(xiàn)狀 我國(guó)風(fēng)能資源比較豐富， 目前我國(guó)已經(jīng)探明的風(fēng)能儲(chǔ)量約為 3226GW,其中可利用風(fēng)能約為 253GW,主要分布在西北、華北和東北的草原和戈壁以及東部和東南沿海及島嶼上。 我國(guó)從 1770 年起開始進(jìn)行并網(wǎng)型風(fēng)力發(fā)電的實(shí)驗(yàn)， 1996 年，國(guó)家計(jì)委實(shí)施了“乘風(fēng)計(jì)劃”，開始引進(jìn)大型風(fēng)力發(fā)電機(jī)，建設(shè)大型風(fēng)力發(fā)電場(chǎng)。截至 20xx 年年底 ,中我國(guó)國(guó)內(nèi)的風(fēng)能裝機(jī)容量 2500 萬(wàn) kW，共建有 42 個(gè)風(fēng)電場(chǎng)，分布在 13 個(gè)?。ㄊ小⒆灾螀^(qū)） 。 20xx 年一季度中國(guó)風(fēng)力發(fā)電量大增。中國(guó)政府目前公布的風(fēng)電發(fā)展目標(biāo)是 2025 年將達(dá)到 3000 萬(wàn) kW[6]?！笆晃濉睍r(shí)期，我國(guó)陸續(xù)出臺(tái)了《可再生能源法》及《關(guān)于風(fēng)電建設(shè)管理有關(guān)要求的通知》、《可再生能源中長(zhǎng)期發(fā)展規(guī)劃》等一系列配套政策和實(shí)施細(xì)則，這些政策不僅為風(fēng)電長(zhǎng)遠(yuǎn)發(fā)展提 供了法律保障、政策支持，也明確提出了裝備先行、市場(chǎng)化的發(fā)展戰(zhàn)略。推動(dòng)了我國(guó)大型風(fēng)力發(fā)電的建設(shè)。 課題研究的背景和意義 在傳統(tǒng)的風(fēng)力發(fā)電控制系統(tǒng)中，控制方法存在諸多不足，結(jié)構(gòu)復(fù)雜，編程繁瑣，可靠性穩(wěn)定性不強(qiáng)等眾多因素引起較大的能量損失，致使風(fēng)力發(fā)電的成本仍高于常規(guī)電力成本。新型的控制算法正在不斷的研究和應(yīng)用，可以大大的提高風(fēng)能的利用率，有效的提高了風(fēng)電機(jī)組的發(fā)電量，從而不斷降低了風(fēng)力發(fā)電的成本。與此同時(shí)，基于 PLC 為主控制器的控制系統(tǒng)也將會(huì)得到越來(lái)越廣闊的發(fā)展空間 [8]。 風(fēng)電機(jī)組 的控制系統(tǒng)包括 PLC 系統(tǒng)、數(shù)據(jù)采集接口、偏航系統(tǒng)、變槳距系統(tǒng)、功率控制系統(tǒng)、并網(wǎng)控制器和液壓控制系統(tǒng)。 圖 21 控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖 偏航控制系統(tǒng) 風(fēng)力機(jī)的偏航系統(tǒng)也稱為對(duì)風(fēng)裝置，它是 風(fēng)電機(jī)組 特有的伺服系統(tǒng) 。 小微型風(fēng)力機(jī) 指發(fā)電功率在 10 千瓦及其以下的風(fēng)力發(fā)電機(jī)。尾翼 裝在尾桿上與風(fēng)輪軸平行或成一定的角度。 沈陽(yáng)工業(yè)大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 5 中小型風(fēng)機(jī)可用舵輪作為調(diào)向系統(tǒng)。 大中型風(fēng)力機(jī)一般采用電動(dòng)的偏航系統(tǒng)來(lái)調(diào)整風(fēng)輪并使其對(duì)準(zhǔn)風(fēng)向。其工作原理如下： 主控制器接受完風(fēng)速風(fēng)向傳感器的風(fēng)信號(hào)后，經(jīng)過(guò)運(yùn)算得出風(fēng)向與機(jī)艙位置的夾角，從而判斷機(jī)艙向哪個(gè)方向進(jìn)行偏航。 關(guān)于偏航系統(tǒng)的軟硬件結(jié)構(gòu)將在后續(xù)章節(jié)進(jìn)行詳細(xì)介紹。風(fēng)機(jī)液壓系統(tǒng)是一個(gè)公共服務(wù)系統(tǒng)，它為風(fēng)力發(fā)電機(jī)上一切使用液壓作為驅(qū)動(dòng)力裝置提供動(dòng)力。 定槳距 風(fēng)電機(jī)組 的液壓系統(tǒng) 定槳距 風(fēng)電機(jī)組 的液壓系統(tǒng)實(shí)際上是制動(dòng)系統(tǒng)的執(zhí)行機(jī)構(gòu)，主要用來(lái)執(zhí)行 風(fēng)電機(jī)組 的開關(guān)機(jī)指令。這兩個(gè)回路的工作任務(wù)是使機(jī)組運(yùn)行時(shí)制動(dòng)機(jī)構(gòu)始終保持壓力。在兩個(gè)回路中各裝有兩個(gè)壓力傳感器，以指示系統(tǒng)壓力，控制液壓泵站補(bǔ)油和確定剎車機(jī)構(gòu)的狀態(tài)。一路由蓄能器通過(guò)電液比例閥供給葉片變 漿距 油缸，另一路由蓄能器供給高速軸上的機(jī)械剎車機(jī)構(gòu)。 沈陽(yáng)工業(yè)大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 6 圖 22 變槳距 風(fēng)電機(jī)組 液壓 系統(tǒng) 1— 油箱 2— 油位開關(guān) 3— 空氣濾清器 4— 溫度傳感器 5— 液壓泵 6— 聯(lián)軸器 7— 電動(dòng)機(jī) 8— 主模塊 9— 壓力測(cè)試口 10— 濾清器 11— 單向閥 12 壓力傳感器 13— 溢流閥 14— 壓力表 15— 壓力表接口 16— 蓄能器 17— 節(jié)流閥 18— 可調(diào)節(jié)流閥 19— 電磁閥 20— 比例閥 21— 電磁閥 22— 減壓閥 23— 壓力開關(guān) 24— 先導(dǎo)止回閥 （ 1） 液壓泵站 液壓泵站的動(dòng)力源是齒輪泵 5，為變距回路和制動(dòng)器回路所共 用 。泵的流量變化根據(jù)負(fù)載而定。當(dāng)泵停止時(shí)，系統(tǒng)由蓄能器 16 保持壓力。當(dāng)壓力降至 130bar 以下時(shí)，泵起動(dòng)；在 145bar 時(shí)，泵停止。 （ 2） 變 漿 控制 液壓變槳距控制機(jī)構(gòu)屬于電液伺服系統(tǒng)，變槳距液壓執(zhí)行機(jī)構(gòu) 是 槳葉通過(guò)機(jī)械連桿機(jī)構(gòu)與液壓缸相連接 ,節(jié)距角的變化同液壓缸位移基本成正比。在圖 中，控制器根據(jù)功率或轉(zhuǎn)速信號(hào)給出一個(gè)（－ 10＋ 10） V 的控制電壓，通過(guò)比例閥控制器轉(zhuǎn)換成一定范圍的電流信號(hào)，控制比例閥輸出流量的方向和大小。變距 油缸按比例閥輸出的方向和流量操縱葉片節(jié)距在－ 5176。之間運(yùn)動(dòng)。 沈陽(yáng)工業(yè)大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 7 （ 3） 液壓系統(tǒng)在停機(jī) / 緊急停機(jī)時(shí)的工作情況 停機(jī)指令發(fā)出后，電磁閥 19— 1 和 192 斷電，油從蓄能器 161 通過(guò)閥 191和節(jié)流閥 17— 1及閥 24 傳送到油缸后端。機(jī)械端點(diǎn)而不受來(lái)自比例閥的影響。從而使來(lái)自風(fēng)的 變漿 力不能從油缸左端方向移動(dòng)活塞，避免向－ 5176。 在停機(jī)狀態(tài)，液壓泵繼續(xù)自動(dòng)停 / 起運(yùn)轉(zhuǎn)。在緊急停機(jī)位時(shí)，泵很快斷開，順槳只由來(lái)自蓄能器 161 的壓力油來(lái)完成。油缸右端將由兩部分液壓油來(lái)填補(bǔ)： 一 部分來(lái)油缸左端通過(guò)電磁閥 19— 節(jié)流閥 17單向閥 115 和24 的重復(fù)循環(huán)油；另 一部分油來(lái)自油箱通過(guò)吸油管路及單向閥 115 和 24。/s[12]。變槳距風(fēng)電機(jī)組根據(jù)變距系統(tǒng)所起的作用可分為 3 種運(yùn)行狀態(tài)，即風(fēng)電機(jī)組的啟動(dòng)狀態(tài)（轉(zhuǎn)速控制）、欠功率狀態(tài)（不控制）和額定功率狀態(tài)（功率控制） [13]。風(fēng)輪的空轉(zhuǎn)速度也最小。整個(gè)槳葉實(shí)際上是一塊阻尼板，這個(gè)狀態(tài)成為“順槳”。方向轉(zhuǎn)動(dòng)，直到氣流對(duì)槳葉產(chǎn)生一定的攻角，風(fēng)輪開始啟動(dòng)。轉(zhuǎn)速控制器按照發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)速的大小，相應(yīng)改變槳距角設(shè)定值的大小。其控制系統(tǒng)框圖如下圖 所示，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，槳葉槳距只是按所設(shè)定的變距速度將槳距角向 0176。轉(zhuǎn)速反饋信號(hào)與給定值進(jìn)行比較，當(dāng)轉(zhuǎn)速超過(guò)同步轉(zhuǎn)速時(shí)，槳葉槳距就向迎風(fēng)面積增大的方向轉(zhuǎn)動(dòng)一個(gè)角度。 欠功率運(yùn)行狀態(tài) 欠功率狀態(tài)是指發(fā)電機(jī)并入電網(wǎng)后，由于風(fēng)速低于額定風(fēng)速，發(fā)電機(jī)在額定功率以下的低功率狀態(tài)運(yùn)行。這時(shí)的變槳距風(fēng)力發(fā)電機(jī)組與定槳距風(fēng)力發(fā)電機(jī)組相同，其功率