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1、的风力发电机偏航系统控制 题 目： 风力发电机组偏航系统的控制 摘 要让关键词：偏航系统 硬件设计 自动对风 自动解缆目 录摘 要.1第一章 概述.11.1 设计背景.21.2 设计研究意义.21.3 国内外风力发电概况.1 1.3.1 世界风电发展.1 1.3.2 我国风电发展.2第二章 偏航控制系统功能简介和原理.42.1 偏航控制系统的功能.42.2 风力发电机组偏航控制原理.4 第三章 偏航系统的控制过程.93.1 自动偏航控制.9 3.1.1 自动偏航传感器ASS状态.9 3.1.2 参数说明和电机运行状态.0 3.1.3 偏航控制流程图.10 3.1.4 偏航电机电气连接原理图.1

2、0 3.1.5 偏航对风控制PLC程序.103.2 90侧风控制.113.3 人工偏航控制.123.4 自动解缆控制.13第四章 总结.13 参考文献.20致谢.22 第一章 概述 1.1设计背景 电能作为一种应用最广泛和最方便的能源，己经成为当今社会发展和人们生活中必不可少的一部分。它的利用也已经渗透到生产中的每一个角落，有力地促进了社会生产力水平和人们生活水平的提高。随着社会经济的发展，人们对电的需求日益提高，然而，随着以石油、煤炭、天然气为主的常规能源的短缺和环境污染问题的日益加剧，世界能源结构正在孕育着重大的转变，即由矿物能源系统向以可再生绿色能源为基础的可持续能源系统转变。风能作为取

3、之不尽，用之不竭的绿色清洁能源,对其开发利用十分必要。在21世纪的今天，众多的可再生能源中，目前发展最快、商业化范围最广、最为经济的，当数风力发电。风力发电具有较好的经济效益和社会效益，风力发电技术的发展也受到世界各国政府的高度重视。自从20世纪80年代现代并网风力发电机组问世以来，随着叶片空气动力学、计算机技术、控制技术、发电机技术和新材料的发展，风力发电技术的发展极为迅速，单机容量从最初的数十千瓦级发展到如今的兆瓦级机组；功率控制方式从定桨距失速控制向全叶片变距和变速控制发展；运行可靠性从20世纪80年代初的50提高到98以上，并且在风电场运行的风力发电机组全部可以实现集中控制和远程控制；

4、风电场发展空间更加广阔，已从内陆转移到海上。1.2设计研究意义由于在目前技术条件下风电与火电、水电相比，从造价、电能质量、设备制造和控制技术等领域存在劣势，使得风电领域的理论和应用研究工作与欧洲等发达国家相比，仍然存在很大差距。国内对大型风力发电技术的各项研究还不是很成熟，致使我国大型风力发电机组儿乎全部为国外进口产品。这样不仅耗费大量外汇，风力发电机组的后期维护也受制他人。因此，对风力发电机组偏航系统进行科学、合理的控制，能够使得风轮最大程度的捕获风能，发出更多的电量。同时，深入研究风力发电的各项技术对于持久开发风能和实现大型先进风力发电机组国产化具有重要意义。1.3国内外风力发电概况1.3

5、.1世界风电发展近年来，风电发展不断超越其预期的发展速度，而且一直保持着世界增长最快的能源的地位。风力发电机组容量的大型化、重量的轻型化、容量的高可靠性、高效率、低成本将成为风电产业的发展趋势。根据全球风能委员会报告，2005 年全世界新增风电装机容量11769 兆瓦，比上年增加3562 兆瓦，增长43%；新增风电总投资达120 亿欧元或140 亿美元。截至2005 年底，世界风电装机总容量为59322 兆瓦，同比上年增长25%。目前，已有48 个国家颁布了支持可再生能源发展的相关法律法规，政策法规对风电发展起到了至关重要的作用。而欧洲仍是风力发电市场的领导者，其装机容量逐年增加，占全世界风电

6、总装机的69%，约提供了欧盟近3%的电力消费量。据预测，全世界风力发电每年以30%左右的速度增长，到2020 年风力发电将占世界电量的20%。1.3.2我国风电发展可是，由于低电压穿越现象的存在，使得发出的电量不能及时并网，从而导致风电的发展目前陷入了一个萧条期，而低电压穿越问题至今没有根本的解决方案。第二章 工作原理是：图2-2-1 偏航控制原理框图本系统采用三菱PLC作为控制器，实行闭环控制，用触摸屏作为人机界面设备，对整个系统有监督控制功能。本系统还可将风力发电机组中的普通三相交流偏航电机换成步进电机，相对普通电机来说，它可以实现开环控制，提高偏航控制的精度，即通过驱动器信号输入端输入的

7、脉冲数量和频率实现步进电机的角度和位移控制，无需反馈信号。但是步进电机不适合使用在长时间同方向运转的情况，容易烧坏产品，即使用时通常都是短距离频繁动作较佳，工作效率较低。开环控制系统的优点是结构简单，比较经济。 缺点是它无法消除干扰所带来的误差。而在闭环控制系统中，不管出于什么原因（外部扰动或系统内部变化），只要被控制量偏离规定值，信息就能及时反馈给微处理器，产生相应的控制指令去消除偏差。因此，它具有抑制干扰的能力，能够更好的检测执行器的过程，对元件特性变化不敏感，并能改善系统的响应特性。但反馈回路的引入增加了系统的复杂性，而且增益选择不当时会引起系统的不稳定。为提高控制精度，在扰动变量可以测

8、量时，也常同时采用按扰动的控制（即前馈控制）作为反馈控制的补充而构成复合控制系统。除此之外，系统的主要硬件还包括：风向传感器，偏航驱动电机等。它们的外观分别如下图2-2-3和2-2-4所示： 图2-2-4 偏航驱动装置其中，风向传感器采用绝对式传感器，绝对式风向传感器一般由风向标和旋转编码盘组成，风向标可随风自由转动，其方向与风向一致，旋转编码盘安装在风向标的转轴上，风向标转动带动旋转编码盘轴转动，当编码盘处于不同的位置时，就会输出不同的风向。 第三章 为了实现这样的伺服控制，首先要对整个偏航系统的控制过程进行分析。偏航系统的控制过程可以分为：风向标控制的自动偏航，人工偏航，风向标控制的90

9、度侧风，自动解缆。3.1 自动偏航控制该过程是通过风向传感器输出信号，由PLC判断偏航情况，并给出偏航控制。风向是随机的，为了使风力发电机吸收的功率最大，发挥最大效能，机舱必须准确对风；因此必须使叶轮法线方向与风向基本一致。当风向改变，超过允许误差范围时，系统PLC发出自动偏航指令，传感器和偏航电机组成的对风系统执行校正动作，使机舱准确对风。在实际的偏航控制中，带有解缆传感器的自动偏航控制过程分析：连续一段时间检测风向情况；根据自动偏航风向标传感器ASS 信号给出偏航控制指令。当ASS=00 时，表明机舱己处于对风位置；若ASS=11，则表明进行的是钝角偏航，为了有效地防止电缆缠绕，读上次钝角

10、偏航方向并取其反方向，记录此次偏航方向；若ASS=01， 设置偏航电机正转，若ASS10，设置偏航电机反转；偏航电机工作后启动偏航计时器计时，控制偏航电机运转一定时间，再判断ASS 是否为00，若ASS=00，表明机舱已对风，否则判断计时时间是否超过偏转360 所需时间，若计时时间超过偏转360 度所需时间偏航电机仍未停止工作，则停止偏航，向中心控制器发出安全停机信号和风向标故障信号。若ASS00，偏航计时时间不超过偏转360 度所需时间时，控制偏航电机继续运转，直到ASS=00，向中心控制器PLC发出自动偏航完成信号并复位自动偏航标志位。3.1.1 自动偏航传感器ASS 状态： 图3-1-1

11、自动偏航传感器状态示意图（） 3.1.2 参数说明和电机运行状态ASS 设置 电机状态00 已对风（在偏航精度内） 停止01 锐角偏航偏航 电机正转10 锐角偏航偏航 电机反转11 钝角偏航 视上次偏航情况表3-1-2自动偏航传感器ASS 参数说明和电机运行状态 3.1.3 偏航控制流程图图3-1-3 自动偏航控制程序流程图 3.1.4 偏航电机电气连接原理图3.1.5偏航对风控制PLC程序 图 3-1-5 自动偏航控制梯形图3.2 90侧风控制。3.3 人工偏航控制人工偏航是指在自动偏航失败、人工解缆或者是在需要维修时，通过人工指令来进行的风力发电机偏航措施。人工偏航控制过程如下:首先检测人

12、工偏航起停信号。若此时有人工偏航信号，再检测此时系统是否正在进行偏航操作。若此时系统无偏航操作，封锁自动偏航操作，若系统此时正在进行偏航，清除自动偏航控制标志；然后读取人工偏航方向信号，判断与上次人工偏航方向是否一致，若一致，松偏航闸，控制偏航电机运转，执行人工偏航；若不一致，停止偏航电机工作，保持偏航闸为松闸状态，向相反方向进行运转并记录转向，直到检测到相应的人工偏航停止信号出现，停止偏航电机工作，抱闸，清除人工偏航标志。3.4 自动解缆控制自然界中的风是一种不稳定的资源，它的速度与风向是不定的。由于风向的不确定性，风力发电机就需要经常偏航对风，而且偏航的方向也是不确定的，由此引起的后果是电缆会随风力发电机的转动而扭转。如果风力发电机多次向同一方向转动，就会造成电缆缠绕，绞死，甚至绞断，因此必须设法解缆。不同的风力发电机需要解缆时的缠绕圈数都有其规定。当达到其规定的解缆圈数时，系统应自动解缆，此时启动偏航电机向相反方向转动缠绕圈数解缆，将机舱返回电缆无缠绕位置。若因