風(fēng)力發(fā)電機(jī)組偏航系統(tǒng)的控制 畢業(yè)設(shè)計(jì)

1、<p>　　畢 業(yè) 設(shè) 計(jì) </p><p>　　題 目： 風(fēng)力發(fā)電機(jī)組偏航系統(tǒng)的控制 </p><p><b>　　摘 要</b></p><p>　　隨著社會(huì)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，人們對(duì)電的需求日益提高。以石油、煤炭、天然氣為的常規(guī)能源，不僅資源有限，而且還會(huì)在使用中造成嚴(yán)

2、重的環(huán)境污染。在我們進(jìn)入21世紀(jì)的今天，世界能源結(jié)構(gòu)正在孕育著重大的轉(zhuǎn)變，即由礦物能源系統(tǒng)向以可再生能源為基礎(chǔ)的可持續(xù)能源系統(tǒng)轉(zhuǎn)變。風(fēng)能作為取之不盡，用之不竭的綠色清潔能源己受到全世界的重視，而風(fēng)力機(jī)的偏航系統(tǒng)能使風(fēng)能得到更好的利用，所以偏航系統(tǒng)的設(shè)計(jì)非常的重要。</p><p>　　本設(shè)計(jì)首先分析了偏航系統(tǒng)的工作原理，然后以三菱PLC作為控制器，觸摸屏為監(jiān)控器，設(shè)計(jì)了硬件系統(tǒng)模塊，整個(gè)硬件系統(tǒng)采用了閉環(huán)控制，并

3、說(shuō)明了開環(huán)控制的缺點(diǎn)。根據(jù)偏航控制要求，設(shè)計(jì)了自動(dòng)對(duì)風(fēng)控制算法，自動(dòng)解纜控制算法，90°背風(fēng)控制算法，不僅提高了風(fēng)能利用率，增大了發(fā)電效率，而且還保證了整個(gè)系統(tǒng)的安全性、穩(wěn)定性,讓風(fēng)力發(fā)電機(jī)更好的運(yùn)行。</p><p>　　關(guān)鍵詞：偏航系統(tǒng) 硬件設(shè)計(jì) 自動(dòng)對(duì)風(fēng) 自動(dòng)解纜</p><p><b>　　目 錄</b></p><p&g

4、t;　　摘 要.............................................................1</p><p>　　第一章 概述.......................................................1</p><p>　　1.1 設(shè)計(jì)背景...................................

5、...................2</p><p>　　1.2 設(shè)計(jì)研究意義..................................................2</p><p>　　1.3 國(guó)內(nèi)外風(fēng)力發(fā)電概況............................................1</p><p>　　1.3.1 世界風(fēng)電發(fā)展

6、.............................................1</p><p>　　1.3.2 我國(guó)風(fēng)電發(fā)展.............................................2</p><p>　　第二章 偏航控制系統(tǒng)功能簡(jiǎn)介和原理.................................4</p><p&g

7、t;　　2.1 偏航控制系統(tǒng)的功能............................................4</p><p>　　2.2 風(fēng)力發(fā)電機(jī)組偏航控制原理......................................4</p><p>　　第三章 偏航系統(tǒng)的控制過程.........................................9&l

8、t;/p><p>　　3.1 自動(dòng)偏航控制..................................................9</p><p>　　3.1.1 自動(dòng)偏航傳感器ASS狀態(tài)...................................9</p><p>　　3.1.2 參數(shù)說(shuō)明和電機(jī)運(yùn)行狀態(tài).....................

9、..............0</p><p>　　3.1.3 偏航控制流程圖..........................................10</p><p>　　3.1.4 偏航電機(jī)電氣連接原理圖..................................10</p><p>　　3.1.5 偏航對(duì)風(fēng)控制PLC程序.........

10、...........................10</p><p>　　3.2 90°側(cè)風(fēng)控制................................................11</p><p>　　3.3 人工偏航控制.................................................12</p><p

11、>　　3.4 自動(dòng)解纜控制.................................................13</p><p>　　第四章 總結(jié)......................................................13</p><p>　　參考文獻(xiàn).........................................

12、................20</p><p>　　致謝.............................................................22</p><p><b>　　第一章 概述</b></p><p><b>　　1.1設(shè)計(jì)背景</b></p><

13、p>　　電能作為一種應(yīng)用最廣泛和最方便的能源，己經(jīng)成為當(dāng)今社會(huì)發(fā)展和人們生活中必不可少的一部分。它的利用也已經(jīng)滲透到生產(chǎn)中的每一個(gè)角落，有力地促進(jìn)了社會(huì)生產(chǎn)力水平和人們生活水平的提高。隨著社會(huì)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，人們對(duì)電的需求日益提高，然而，隨著以石油、煤炭、天然氣為主的常規(guī)能源的短缺和環(huán)境污染問題的日益加劇，世界能源結(jié)構(gòu)正在孕育著重大的轉(zhuǎn)變，即由礦物能源系統(tǒng)向以可再生綠色能源為基礎(chǔ)的可持續(xù)能源系統(tǒng)轉(zhuǎn)變。風(fēng)能作為取之不盡，用之不竭的綠色清

14、潔能源,對(duì)其開發(fā)利用十分必要。在21世紀(jì)的今天，眾多的可再生能源中，目前發(fā)展最快、商業(yè)化范圍最廣、最為經(jīng)濟(jì)的，當(dāng)數(shù)風(fēng)力發(fā)電。</p><p>　　風(fēng)力發(fā)電具有較好的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益，風(fēng)力發(fā)電技術(shù)的發(fā)展也受到世界各國(guó)政府的高度重視。自從20世紀(jì)80年代現(xiàn)代并網(wǎng)風(fēng)力發(fā)電機(jī)組問世以來(lái)，隨著葉片空氣動(dòng)力學(xué)、計(jì)算機(jī)技術(shù)、控制技術(shù)、發(fā)電機(jī)技術(shù)和新材料的發(fā)展，風(fēng)力發(fā)電技術(shù)的發(fā)展極為迅速，單機(jī)容量從最初的數(shù)十千瓦級(jí)發(fā)展到如今的

15、兆瓦級(jí)機(jī)組；功率控制方式從定槳距失速控制向全葉片變距和變速控制發(fā)展；運(yùn)行可靠性從20世紀(jì)80年代初的50％提高到98％以上，并且在風(fēng)電場(chǎng)運(yùn)行的風(fēng)力發(fā)電機(jī)組全部可以實(shí)現(xiàn)集中控制和遠(yuǎn)程控制；風(fēng)電場(chǎng)發(fā)展空間更加廣闊，已從內(nèi)陸轉(zhuǎn)移到海上。</p><p><b>　　1.2設(shè)計(jì)研究意義</b></p><p>　　由于在目前技術(shù)條件下風(fēng)電與火電、水電相比，從造價(jià)、電能質(zhì)量、設(shè)

16、備制造和控制技術(shù)等領(lǐng)域存在劣勢(shì)，使得風(fēng)電領(lǐng)域的理論和應(yīng)用研究工作與歐洲等發(fā)達(dá)國(guó)家相比，仍然存在很大差距。國(guó)內(nèi)對(duì)大型風(fēng)力發(fā)電技術(shù)的各項(xiàng)研究還不是很成熟，致使我國(guó)大型風(fēng)力發(fā)電機(jī)組兒乎全部為國(guó)外進(jìn)口產(chǎn)品。這樣不僅耗費(fèi)大量外匯，風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的后期維護(hù)也受制他人。因此，對(duì)風(fēng)力發(fā)電機(jī)組偏航系統(tǒng)進(jìn)行科學(xué)、合理的控制，能夠使得風(fēng)輪最大程度的捕獲風(fēng)能，發(fā)出更多的電量。同時(shí)，深入研究風(fēng)力發(fā)電的各項(xiàng)技術(shù)對(duì)于持久開發(fā)風(fēng)能和實(shí)現(xiàn)大型先進(jìn)風(fēng)力發(fā)電機(jī)組國(guó)產(chǎn)化具有重要

17、意義。</p><p>　　1.3國(guó)內(nèi)外風(fēng)力發(fā)電概況</p><p>　　1.3.1世界風(fēng)電發(fā)展</p><p>　　近年來(lái)，風(fēng)電發(fā)展不斷超越其預(yù)期的發(fā)展速度，而且一直保持著世界增長(zhǎng)最快的能源的地位。風(fēng)力發(fā)電機(jī)組容量的大型化、重量的輕型化、容量的高可靠性、高效率、低成本將成為風(fēng)電產(chǎn)業(yè)的發(fā)展趨勢(shì)。</p><p>　　根據(jù)全球風(fēng)能委員會(huì)報(bào)告，2

18、005 年全世界新增風(fēng)電裝機(jī)容量11769 兆瓦，比上年增加3562 兆瓦，增長(zhǎng)43%；新增風(fēng)電總投資達(dá)120 億歐元或140 億美元。截至2005 年底，世界風(fēng)電裝機(jī)總?cè)萘繛?9322 兆瓦，同比上年增長(zhǎng)25%。</p><p>　　目前，已有48 個(gè)國(guó)家頒布了支持可再生能源發(fā)展的相關(guān)法律法規(guī)，政策法規(guī)對(duì)風(fēng)電發(fā)展起到了至關(guān)重要的作用。而歐洲仍是風(fēng)力發(fā)電市場(chǎng)的領(lǐng)導(dǎo)者，其裝機(jī)容量逐年增加，占全世界風(fēng)電總裝機(jī)的69%

19、，約提供了歐盟近3%的電力消費(fèi)量。據(jù)預(yù)測(cè)，全世界風(fēng)力發(fā)電每年以30%左右的速度增長(zhǎng)，到2020 年風(fēng)力發(fā)電將占世界電量的20%。</p><p>　　1.3.2我國(guó)風(fēng)電發(fā)展</p><p>　　我國(guó)風(fēng)能資源比較豐富，近十幾年來(lái)，對(duì)風(fēng)能資源狀況作了較深入的勘測(cè)調(diào)查，全國(guó)可開發(fā)利用的風(fēng)能資源總量約2.5億kw。東南沿海和山東、遼寧沿海及其島嶼，內(nèi)蒙古北部，甘肅、新疆北部以及松花江下游等地區(qū)均屬

20、風(fēng)能資源豐富區(qū)，年平均風(fēng)速≥6m/s ，有很好的開發(fā)利用條件。這些地區(qū)中很多地方常規(guī)能源貧乏，無(wú)電或嚴(yán)重缺電，尤其是新疆、內(nèi)蒙古的大部分草原牧區(qū)以及沿海幾千個(gè)島嶼，人口分散，電網(wǎng)難以通達(dá)，或無(wú)電力供應(yīng)，或采用很貴的柴油發(fā)電。如果能夠充分開發(fā)地區(qū)的風(fēng)能優(yōu)勢(shì)，則風(fēng)力發(fā)電正好可以彌補(bǔ)東南沿海經(jīng)濟(jì)發(fā)達(dá)地區(qū)電力短缺的難題，在西北經(jīng)濟(jì)落后地區(qū)既可以提高當(dāng)?shù)厝嗣裆钏?，又可以增加就業(yè)并向經(jīng)濟(jì)發(fā)達(dá)地區(qū)賣電，提高地方經(jīng)濟(jì)發(fā)展速度。所以，風(fēng)力發(fā)電作為一種

21、新的、安全可靠的潔凈能源，其優(yōu)越性為越來(lái)越多的人所認(rèn)識(shí)。 </p><p>　　可是，由于低電壓穿越現(xiàn)象的存在，使得發(fā)出的電量不能及時(shí)并網(wǎng)，從而導(dǎo)致風(fēng)電的發(fā)展目前陷入了一個(gè)蕭條期，而低電壓穿越問題至今沒有根本的解決方案。 </p><p>　　第二章 偏航控制系統(tǒng)功能簡(jiǎn)介和原理</p><

22、;p>　　偏航系統(tǒng)是風(fēng)力發(fā)電機(jī)組特有的伺服系統(tǒng)，是風(fēng)力發(fā)電機(jī)組電控系統(tǒng)必不可少的重要組成部分。在風(fēng)力發(fā)電中，為了提高風(fēng)能利用率，風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的偏航系統(tǒng)要具有自動(dòng)偏航的功能，即偏航系統(tǒng)要自動(dòng)準(zhǔn)確對(duì)風(fēng)。風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的偏航系統(tǒng)一般分為主動(dòng)偏航系統(tǒng)和被動(dòng)偏航系統(tǒng)，主動(dòng)偏航指的是采用電力或液壓拖動(dòng)來(lái)完成對(duì)風(fēng)動(dòng)作的偏航方式；被動(dòng)偏航指的是依靠風(fēng)力，通過相關(guān)機(jī)構(gòu)完成機(jī)組風(fēng)輪對(duì)風(fēng)動(dòng)作的偏航方式，除此之外，偏航系統(tǒng)還必須具備故障檢測(cè)功能。</

23、p><p>　　2.1偏航控制系統(tǒng)的功能</p><p>　　偏航控制系統(tǒng)主要有三個(gè)功能：</p><p>　　（1） 正常運(yùn)行時(shí)自動(dòng)對(duì)風(fēng)：當(dāng)機(jī)艙偏離風(fēng)向一定角度時(shí)，控制系統(tǒng)發(fā)出向左或者向右調(diào)向的指令，機(jī)艙開始對(duì)風(fēng)，知道達(dá)到允許的范圍內(nèi)，自動(dòng)對(duì)風(fēng)停止；</p><p>　?。?） 繞纜時(shí)自動(dòng)解纜：當(dāng)機(jī)艙向同一方向累計(jì)偏轉(zhuǎn)達(dá)到一定的角度時(shí)，系統(tǒng)控制

24、停機(jī)，或者此時(shí)報(bào)告扭纜故障，機(jī)組自動(dòng)停機(jī)，等待工作人員來(lái)手動(dòng)解纜；</p><p>　?。?）失速保護(hù)時(shí)偏離風(fēng)向：當(dāng)有特大強(qiáng)風(fēng)發(fā)生時(shí)，機(jī)組自動(dòng)停機(jī)，釋放葉尖，背風(fēng)，以達(dá)到保護(hù)風(fēng)輪免受損壞的目的。 </p><p>　　2.2風(fēng)力發(fā)電機(jī)組偏航控制原理</p><p>　　本文風(fēng)力機(jī)偏航的工作原理是：通過風(fēng)傳感器檢測(cè)風(fēng)向，并將檢測(cè)到的風(fēng)向信號(hào)送到微處理器三菱PLC中，微

25、處理器PLC計(jì)算出風(fēng)向信號(hào)與機(jī)艙位置的夾角，從而確定是否需要調(diào)整機(jī)艙方向以及朝哪個(gè)方向調(diào)整能盡快對(duì)準(zhǔn)風(fēng)向。當(dāng)需要調(diào)整方向時(shí)，微處理器PLC發(fā)出一定的信號(hào)給偏航驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)，以調(diào)整機(jī)艙的方向，從而達(dá)到對(duì)準(zhǔn)風(fēng)向的目的。為了減少偏航時(shí)的陀螺力矩，電機(jī)轉(zhuǎn)速將通過同軸連接的減速器減速后，將偏航力矩作用在回轉(zhuǎn)體大齒輪上，帶動(dòng)風(fēng)輪偏航對(duì)風(fēng)，當(dāng)對(duì)風(fēng)結(jié)束后，風(fēng)向標(biāo)失去電信號(hào)，偏航電機(jī)停止轉(zhuǎn)動(dòng)，偏航過程結(jié)束。其具體偏航過程控制原理如下圖2-2-1所示：<

26、/p><p>　　圖2-2-1 偏航控制原理框圖</p><p>　　本系統(tǒng)采用三菱PLC作為控制器，實(shí)行閉環(huán)控制，用觸摸屏作為人機(jī)界面設(shè)備，對(duì)整個(gè)系統(tǒng)有監(jiān)督控制功能。</p><p>　　本系統(tǒng)還可將風(fēng)力發(fā)電機(jī)組中的普通三相交流偏航電機(jī)換成步進(jìn)電機(jī)，相對(duì)普通電機(jī)來(lái)說(shuō)，它可以實(shí)現(xiàn)開環(huán)控制，提高偏航控制的精度，即通過驅(qū)動(dòng)器信號(hào)輸入端輸入的脈沖數(shù)量和頻率實(shí)現(xiàn)步進(jìn)電機(jī)的角度和

27、位移控制，無(wú)需反饋信號(hào)。但是步進(jìn)電機(jī)不適合使用在長(zhǎng)時(shí)間同方向運(yùn)轉(zhuǎn)的情況，容易燒壞產(chǎn)品，即使用時(shí)通常都是短距離頻繁動(dòng)作較佳，工作效率較低。開環(huán)控制系統(tǒng)的優(yōu)點(diǎn)是結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，比較經(jīng)濟(jì)。 缺點(diǎn)是它無(wú)法消除干擾所帶來(lái)的誤差。而在閉環(huán)控制系統(tǒng)中，不管出于什么原因（外部擾動(dòng)或系統(tǒng)內(nèi)部變化），只要被控制量偏離規(guī)定值，信息就能及時(shí)反饋給微處理器，產(chǎn)生相應(yīng)的控制指令去消除偏差。因此，它具有抑制干擾的能力，能夠更好的檢測(cè)執(zhí)行器的過程，對(duì)元件特性變化不敏感，并能

28、改善系統(tǒng)的響應(yīng)特性。但反饋回路的引入增加了系統(tǒng)的復(fù)雜性，而且增益選擇不當(dāng)時(shí)會(huì)引起系統(tǒng)的不穩(wěn)定。為提高控制精度，在擾動(dòng)變量可以測(cè)量時(shí)，也常同時(shí)采用按擾動(dòng)的控制（即前饋控制）作為反饋控制的補(bǔ)充而構(gòu)成復(fù)合控制系統(tǒng)。</p><p>　　除此之外，系統(tǒng)的主要硬件還包括：風(fēng)向傳感器，偏航驅(qū)動(dòng)電機(jī)等。它們的外觀分別如下圖2-2-3和2-2-4所示：</p><p>　　圖2-2-3 帶有避雷裝置的風(fēng)向

29、傳感器 圖2-2-4 偏航驅(qū)動(dòng)裝置</p><p>　　其中，風(fēng)向傳感器采用絕對(duì)式傳感器，絕對(duì)式風(fēng)向傳感器一般由風(fēng)向標(biāo)和旋轉(zhuǎn)編碼盤組成，風(fēng)向標(biāo)可隨風(fēng)自由轉(zhuǎn)動(dòng)，其方向與風(fēng)向一致，旋轉(zhuǎn)編碼盤安裝在風(fēng)向標(biāo)的轉(zhuǎn)軸上，風(fēng)向標(biāo)轉(zhuǎn)動(dòng)帶動(dòng)旋轉(zhuǎn)編碼盤軸轉(zhuǎn)動(dòng)，當(dāng)編碼盤處于不同的位置時(shí)，就會(huì)輸出不同的風(fēng)向。</p><p>　　第三章 偏航系統(tǒng)的控制過程</p>

30、<p>　　為了實(shí)現(xiàn)這樣的伺服控制，首先要對(duì)整個(gè)偏航系統(tǒng)的控制過程進(jìn)行分析。偏航系統(tǒng)的控制過程可以分為：風(fēng)向標(biāo)控制的自動(dòng)偏航，人工偏航，風(fēng)向標(biāo)控制的90 度側(cè)風(fēng)，自動(dòng)解纜。</p><p>　　3.1 自動(dòng)偏航控制</p><p>　　該過程是通過風(fēng)向傳感器輸出信號(hào)，由PLC判斷偏航情況，并給出偏航控制。風(fēng)向是隨機(jī)的，為了使風(fēng)力發(fā)電機(jī)吸收的功率最大，發(fā)揮最大效能，機(jī)艙必須準(zhǔn)確對(duì)風(fēng)

31、；因此必須使葉輪法線方向與風(fēng)向基本一致。當(dāng)風(fēng)向改變，超過允許誤差范圍時(shí)，系統(tǒng)PLC發(fā)出自動(dòng)偏航指令，傳感器和偏航電機(jī)組成的對(duì)風(fēng)系統(tǒng)執(zhí)行校正動(dòng)作，使機(jī)艙準(zhǔn)確對(duì)風(fēng)。</p><p>　　在實(shí)際的偏航控制中，帶有解纜傳感器的自動(dòng)偏航控制過程分析：連續(xù)一段時(shí)間檢測(cè)風(fēng)向情況；根據(jù)自動(dòng)偏航風(fēng)向標(biāo)傳感器ASS 信號(hào)給出偏航控制指令。當(dāng)ASS=00 時(shí)，表明機(jī)艙己處于對(duì)風(fēng)位置；若ASS=11，則表明進(jìn)行的是鈍角偏航，為了有效地防

32、止電纜纏繞，讀上次鈍角偏航方向并取其反方向，記錄此次偏航方向；若ASS=01， 設(shè)置偏航電機(jī)正轉(zhuǎn)，若ASS＝10，設(shè)置偏航電機(jī)反轉(zhuǎn)；偏航電機(jī)工作后啟動(dòng)偏航計(jì)時(shí)器計(jì)時(shí)，控制偏航電機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)一定時(shí)間，再判斷ASS 是否為00，若ASS=00，表明機(jī)艙已對(duì)風(fēng)，否則判斷計(jì)時(shí)時(shí)間是否超過偏轉(zhuǎn)360 °所需時(shí)間，若計(jì)時(shí)時(shí)間超過偏轉(zhuǎn)360 度所需時(shí)間偏航電機(jī)仍未停止工作，則停止偏航，向中心控制器發(fā)出安全停機(jī)信號(hào)和風(fēng)向標(biāo)故障信號(hào)。若ASS＝00，

33、偏航計(jì)時(shí)時(shí)間不超過偏轉(zhuǎn)360 度所需時(shí)間時(shí)，控制偏航電機(jī)繼續(xù)運(yùn)轉(zhuǎn)，直到ASS=00，向中心控制器PLC發(fā)出自動(dòng)偏航完成信號(hào)并復(fù)位自動(dòng)偏航標(biāo)志位。</p><p>　　3.1.1 自動(dòng)偏航傳感器ASS 狀態(tài)：</p><p>　　圖3-1-1自動(dòng)偏航傳感器狀態(tài)示意圖（虛線表示風(fēng)向標(biāo)0度位置）</p><p>　　3.1.2 參數(shù)說(shuō)明和電機(jī)運(yùn)行狀態(tài)</p>

34、<p>　　ASS 設(shè)置 電機(jī)狀態(tài)</p><p>　　00 已對(duì)風(fēng)（在偏航精度內(nèi)） 停止</p><p>　　01 銳角偏航偏航 電機(jī)正轉(zhuǎn)</p><p>　　10

35、 銳角偏航偏航 電機(jī)反轉(zhuǎn)</p><p>　　11 鈍角偏航 視上次偏航情況</p><p>　　表3-1-2自動(dòng)偏航傳感器ASS 參數(shù)說(shuō)明和電機(jī)運(yùn)行狀態(tài)</p><p>　　3.1.3 偏航控制流程圖</p><p>　

36、　圖3-1-3 自動(dòng)偏航控制程序流程圖</p><p>　　3.1.4 偏航電機(jī)電氣連接原理圖</p><p>　　3.1.5偏航對(duì)風(fēng)控制PLC程序</p><p>　　圖 3-1-5 自動(dòng)偏航控制梯形圖</p><p>　　3.2 90°側(cè)風(fēng)控制</p><p>　　在出現(xiàn)特大強(qiáng)風(fēng)，遭遇切出風(fēng)速以上的大風(fēng)

37、暴時(shí)，控制系統(tǒng)對(duì)機(jī)艙作90°側(cè)風(fēng)處理。由于90°側(cè)風(fēng)是在外界環(huán)境對(duì)風(fēng)電機(jī)組有較大影響的情況下（例如出現(xiàn)特大強(qiáng)風(fēng)），為了保證風(fēng)電機(jī)組的安全所實(shí)施的措施，所以在90°側(cè)風(fēng)時(shí)，應(yīng)當(dāng)使機(jī)艙走最短路徑，且屏蔽自動(dòng)偏航指令；在側(cè)風(fēng)結(jié)束后應(yīng)當(dāng)抱緊偏航閘，同時(shí)當(dāng)風(fēng)向變化時(shí)，繼續(xù)追蹤風(fēng)向的變化，確保風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的安全。控制過程如下：</p><p>　　根據(jù)90°側(cè)風(fēng)風(fēng)向標(biāo)傳感器DSS的信號(hào)

38、，當(dāng)DSS=00時(shí)，表明機(jī)艙已處于90°側(cè)風(fēng)位置；再判斷DSS是否為10，若DSS=10，為了使機(jī)艙走最短路徑，設(shè)置偏航電機(jī)反轉(zhuǎn)；若DSS=11，設(shè)置偏航電機(jī)正轉(zhuǎn)；此時(shí)啟動(dòng)偏航計(jì)時(shí)器開始計(jì)時(shí)。控制偏航電機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)一定時(shí)間，再判斷DSS是否為00，若DSS=0，表明機(jī)艙已90°側(cè)風(fēng)，否則判斷計(jì)時(shí)時(shí)間是否超過偏轉(zhuǎn)360°所需時(shí)間，若計(jì)時(shí)時(shí)間超過偏轉(zhuǎn)360°所需時(shí)間且偏航電機(jī)仍未停止工作，則停止偏航，向中心

39、控制器PLC發(fā)出安全停機(jī)信號(hào)和風(fēng)向標(biāo)故障信號(hào)。若DSS≠0，偏航計(jì)時(shí)時(shí)間不超過偏轉(zhuǎn)360°所需時(shí)間時(shí)，控制偏航電機(jī)繼續(xù)運(yùn)轉(zhuǎn)，直到DSS=00，向中心控制器PLC發(fā)出90°側(cè)風(fēng)完成信號(hào)并復(fù)位90°側(cè)風(fēng)標(biāo)志位。DSS的參數(shù)說(shuō)明如圖3-2-1所示： </p><p>　　圖3-2-1度側(cè)風(fēng)風(fēng)向標(biāo)傳感器DSS參數(shù)說(shuō)明</p><p><b>　　。</

40、b></p><p>　　3.3 人工偏航控制</p><p>　　人工偏航是指在自動(dòng)偏航失敗、人工解纜或者是在需要維修時(shí)，通過人工指令來(lái)進(jìn)行的風(fēng)力發(fā)電機(jī)偏航措施。</p><p>　　人工偏航控制過程如下:首先檢測(cè)人工偏航起停信號(hào)。若此時(shí)有人工偏航信號(hào)，再檢測(cè)此時(shí)系統(tǒng)是否正在進(jìn)行偏航操作。若此時(shí)系統(tǒng)無(wú)偏航操作，封鎖自動(dòng)偏航操作，若系統(tǒng)此時(shí)正在進(jìn)行偏航，清除自

41、動(dòng)偏航控制標(biāo)志；然后讀取人工偏航方向信號(hào)，判斷與上次人工偏航方向是否一致，若一致，松偏航閘，控制偏航電機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)，執(zhí)行人工偏航；若不一致，停止偏航電機(jī)工作，保持偏航閘為松閘狀態(tài)，向相反方向進(jìn)行運(yùn)轉(zhuǎn)并記錄轉(zhuǎn)向，直到檢測(cè)到相應(yīng)的人工偏航停止信號(hào)出現(xiàn)，停止偏航電機(jī)工作，抱閘，清除人工偏航標(biāo)志。</p><p>　　3.4 自動(dòng)解纜控制</p><p>　　自然界中的風(fēng)是一種不穩(wěn)定的資源，它的速度與風(fēng)

42、向是不定的。由于風(fēng)向的不確定性，風(fēng)力發(fā)電機(jī)就需要經(jīng)常偏航對(duì)風(fēng)，而且偏航的方向也是不確定的，由此引起的后果是電纜會(huì)隨風(fēng)力發(fā)電機(jī)的轉(zhuǎn)動(dòng)而扭轉(zhuǎn)。如果風(fēng)力發(fā)電機(jī)多次向同一方向轉(zhuǎn)動(dòng)，就會(huì)造成電纜纏繞，絞死，甚至絞斷，因此必須設(shè)法解纜。不同的風(fēng)力發(fā)電機(jī)需要解纜時(shí)的纏繞圈數(shù)都有其規(guī)定。當(dāng)達(dá)到其規(guī)定的解纜圈數(shù)時(shí)，系統(tǒng)應(yīng)自動(dòng)解纜，此時(shí)啟動(dòng)偏航電機(jī)向相反方向轉(zhuǎn)動(dòng)纏繞圈數(shù)解纜，將機(jī)艙返回電纜無(wú)纏繞位置。若因故障， 自動(dòng)解纜未起作用，風(fēng)力發(fā)電機(jī)也規(guī)定了一個(gè)極值

43、圈數(shù)，在紐纜達(dá)到極值圈數(shù)左右時(shí)，紐纜開關(guān)動(dòng)作，報(bào)紐纜故障，停機(jī)等待人工解纜。在自動(dòng)解纜過程中，必須屏蔽自動(dòng)偏航動(dòng)作。</p><p>　　自動(dòng)解纜包括PLC控制的凸輪自動(dòng)解纜和紐纜開關(guān)控制的安全鏈動(dòng)作PLC報(bào)警兩部分，以保證風(fēng)電機(jī)組安全。凸輪控制的自動(dòng)解纜過程如下:</p><p>　　圖3-4-1 凸輪位置微調(diào)</p><p>　　根據(jù)角度傳感器CW 和CCW 所

44、記錄的偏轉(zhuǎn)角度情況，確定順時(shí)針解纜還是逆時(shí)針解纜。首先松偏航閘，封鎖傳感器故障的報(bào)告，當(dāng)需要解纜且記錄CW 為1 時(shí)，控制偏轉(zhuǎn)電機(jī)正轉(zhuǎn)，當(dāng)需要解纜且記錄CCW 為1 時(shí)，控制偏轉(zhuǎn)電機(jī)反轉(zhuǎn)。在此過程中同時(shí)檢測(cè)偏航中心傳感器信號(hào)，直到偏航傳感器中心信號(hào)為0，則結(jié)束解纜；此時(shí)停止偏航電機(jī)工作，系統(tǒng)處于待機(jī)狀態(tài)，向中心控制器發(fā)出自動(dòng)解纜完成信號(hào)。紐纜開關(guān)控制的安全鏈保護(hù)；若凸輪控制的自動(dòng)解纜未能執(zhí)行，則紐纜情況可能會(huì)更加嚴(yán)重，當(dāng)紐纜達(dá)到極值圈數(shù)

45、時(shí)（比如設(shè)定3 圈），紐纜開關(guān)將動(dòng)作，此開關(guān)動(dòng)作將會(huì)觸發(fā)安全鏈動(dòng)作，向中心控制器發(fā)出緊急停機(jī)信號(hào)和不可自復(fù)故障信號(hào)，等待進(jìn)行人工解纜操作。自動(dòng)解纜控制梯形圖如圖3-4-1所示：</p><p>　　圖 3-4-1 自動(dòng)解纜控制梯形圖</p><p><b>　　第四章 總結(jié)</b></p><p>　　能源、環(huán)境是當(dāng)今人類生存和發(fā)展所要解決的緊

46、迫問題。風(fēng)力發(fā)電作為一種可持續(xù)發(fā)展的新能源，己經(jīng)成為當(dāng)今社會(huì)發(fā)展必不可少的條件。它不僅可以節(jié)約常規(guī)能源，而且減少環(huán)境污染。因此，控制技術(shù)是機(jī)組安全高效運(yùn)行的關(guān)鍵。</p><p>　　偏航控制系統(tǒng)作為水平軸風(fēng)力發(fā)電機(jī)組控制系統(tǒng)的重要組成部分，由于在目前技術(shù)條件下風(fēng)電與火電、水電相比，從造價(jià)、電能質(zhì)量、設(shè)備制造和控制技術(shù)等領(lǐng)域存在劣勢(shì)，使得風(fēng)電領(lǐng)域的理論和應(yīng)用研究工作與西方發(fā)達(dá)國(guó)家存在很大差距。國(guó)內(nèi)對(duì)大型風(fēng)力發(fā)電技

47、術(shù)的各項(xiàng)研究還十分薄弱。偏航系統(tǒng)作為風(fēng)力發(fā)電機(jī)組特有的伺服系統(tǒng)，它能使風(fēng)能得到更好的利用，所以偏航系統(tǒng)的設(shè)計(jì)非常的重要。</p><p>　　本課題的主要目的是對(duì)風(fēng)力機(jī)偏航系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與控制。首先對(duì)風(fēng)力發(fā)電機(jī)組系統(tǒng)的基本組成分別做了簡(jiǎn)要的介紹，并對(duì)系統(tǒng)的主要部分進(jìn)行了功能分析。然后給出了偏航控制系統(tǒng)的控制機(jī)構(gòu)和驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)的組成以及各部分的功能、工作原理。最后為了實(shí)現(xiàn)偏航系統(tǒng)的伺服控制，分析了偏航控制的幾個(gè)過程：風(fēng)向標(biāo)

48、控制的自動(dòng)偏航，人工偏航，風(fēng)向標(biāo)控制的90°側(cè)風(fēng)，自動(dòng)解纜；同時(shí)給出了部分控制過程的流程圖及梯形圖。</p><p><b>　　參考文獻(xiàn)</b></p><p>　　[1] 李勇東．中國(guó)風(fēng)力發(fā)電的發(fā)展現(xiàn)狀和前景[J]．電氣時(shí)代，2007(3)：16～20．</p><p>　　[2] 岑海堂，薛正福．大型風(fēng)電機(jī)組發(fā)展現(xiàn)狀與關(guān)鍵技

49、術(shù)[J]．科技創(chuàng)新導(dǎo)報(bào)，2008 </p><p>　　5(24)：78～81．</p><p>　　[3] 徐德，諸靜.風(fēng)力發(fā)電機(jī)風(fēng)向隨動(dòng)控制系統(tǒng)[J].太陽(yáng)能學(xué)報(bào)，2000，21（2）：</p><p><b>　　187-188.</b></p><p>　　[4] 李本立．風(fēng)力機(jī)結(jié)構(gòu)動(dòng)力學(xué)[M]．北京:北京航

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51、　電工技術(shù)雜志，2000，（10）：1-4.</p><p>　　[8] 倪受元. 風(fēng)力發(fā)電講座第六講風(fēng)力發(fā)電的現(xiàn)狀和展望[J]. 太陽(yáng)能,2001.</p><p>　　[9] 張照煌,劉衍平,李林. 關(guān)于風(fēng)力發(fā)電技術(shù)的幾點(diǎn)思考[J]. 電力情報(bào),1998.</p><p>　　[10] 曹建，丁家峰.LEM 電流傳感器在電力設(shè)備介電特性在線監(jiān)測(cè)眾的應(yīng)用.元器

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53、2005，02: 027-027.</p><p>　　[13] 倪受元. 風(fēng)力發(fā)電講座第三講 風(fēng)力發(fā)電用的發(fā)電機(jī)及風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)[J].太陽(yáng) </p><p>　　能，2000，（4）：12-17.</p><p>　　[14] 葉杭冶.風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的控制技術(shù)[M].北京:機(jī)械工業(yè)出版社，2002.</p><p>　　[15] 季田，田德.

54、基于單片機(jī)的濃縮風(fēng)能型風(fēng)力發(fā)電機(jī)調(diào)向控制系統(tǒng)[J].中國(guó)機(jī)械</p><p>　　工程，2003，14（18）：157-157.</p><p>　　[16] 王承煦，張?jiān)?風(fēng)力發(fā)電[M]. 北京：中國(guó)電力出版社，2003.</p><p>　　[17] Roskilde. European Wind Turbine Testing Procedure Develo

55、pments, [PhD. </p><p>　　DegreePaper], Danmark: Risø National Laboratory, 2001.</p><p>　　[18] 徐德，諸靜.風(fēng)力發(fā)電機(jī)風(fēng)向隨動(dòng)控制系統(tǒng)[J].太陽(yáng)能學(xué)報(bào)，2000，21（2）：</p><p><b>　　187-188.</b></p

56、><p>　　[19] 李守好.風(fēng)力發(fā)電裝置剎車系統(tǒng)及偏航系統(tǒng)智能控制研究,[碩士學(xué)位論文]，西</p><p>　　安：西安電子科技大學(xué)，2005.</p><p>　　[20] 陳實(shí).MW 級(jí)風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)單機(jī)電氣控制技術(shù)研究――無(wú)功補(bǔ)償和偏航控制系</p><p>　　統(tǒng)，[碩士學(xué)位論文]，南京：南京航空航天大學(xué)，2004.</p>

57、;<p>　　[21] 張新房.風(fēng)力發(fā)電技術(shù)的發(fā)展及若干問題[J].現(xiàn)代電力 ，2003，20（5）：29-34.</p><p>　　[22] 鄧重一. 利用霍爾傳感器芯片設(shè)計(jì)直流電流檢測(cè)電路. 傳感器技術(shù),2003,22</p><p>　　(6)：50-52.</p><p>　　[23] 李靖，黃紹平，張深基. LEM 傳感器在電氣參數(shù)測(cè)試中的

58、應(yīng)用.湖南工程學(xué)院</p><p>　　學(xué)報(bào)，2004，14（2）：12-15.</p><p><b>　　致謝</b></p><p>　　在大學(xué)即將畢業(yè)之際，很幸運(yùn)能遇到治學(xué)嚴(yán)謹(jǐn)、博聞強(qiáng)識(shí)的指導(dǎo)教師趙玉麗。本次畢業(yè)設(shè)計(jì)歷時(shí)一個(gè)多月，從選題、開題報(bào)告到軟件設(shè)計(jì)、最終完成整個(gè)設(shè)計(jì)，其間每一過程都得到趙老師的悉心指導(dǎo)。每次見面老師都會(huì)了解我的設(shè)

59、計(jì)情況，力求讓我在正確的方向上學(xué)到最多的知識(shí)，高效、高質(zhì)量的完成畢業(yè)設(shè)計(jì)。每次對(duì)于我的疑問，老師總是不耐其煩的解答，并對(duì)相關(guān)知識(shí)點(diǎn)進(jìn)行擴(kuò)展，讓我的知識(shí)面得到了極大的豐富。</p><p>　　同時(shí)，還要感謝所有給過我?guī)椭睦蠋熀屯瑢W(xué)，沒有你們的幫助，我不會(huì)這么順利的完成設(shè)計(jì)，是你們?cè)谖矣龅嚼щy的時(shí)候無(wú)私、熱心的幫助我，給我提供了強(qiáng)大的支持。同樣，也要感謝學(xué)校，感謝圖書館，感謝你們提供的豐富的參考資料，正是借助這些