风力发电机偏航系统控制.docx

题 目：风力发电机偏航系统控制风力发电机偏航系统控制摘 要本文介绍了风力机的偏航控制机构、驱动机构的基础上，采用PLC作为主控单元，设计了风电机组的偏航控制系统。系统根据风向、风速传感器采集的数据，采取逻辑控制主动对风，实现了对风过程可控。论文给出了基于风向标、风速仪的偏航控制系统的软硬件设计结果。关键词：Wind turbine yaw control systemAbstractIn this paper, the wind turbine yaw control mechanism, drive mechanism, based on the use of single-chip PLC as the main control unit, designed for wind turbine yaw control system. Systems based on wind direction, wind speed data collected by sensors, logic control to take the initiative on the wind, to achieve controllability of the wind process. Papers are given based on the wind direction, wind speed sensor yaw control system hardware and software design.Key words: Wind turbine ；Yaw control system；目 录摘 要IAbstractII第一章 概述11.1 课题的背景和意义11.2 国外风力发电的发展31.2.1 世界风电资源的开发与利用31.2.2 世界风力发电现状31.2.3 世界风电发展最快的地区61.3 国内风力发电的发展91.4 风电发展的展望12第二章 风力发电机组系统构成及功能简介142.1 传统风力发电机142.1.1 笼型异步发电机142.1.2 绕线式异步发电机142.2 现代风机152.3 风力发电的原理162.4 风力发电机系统组成部分简介182.4.1 风力机桨叶系统182.4.2 风力机齿轮箱系统192.4.3 发电机系统202.4.4 偏航系统212.4.5 解缆装置212.4.6 刹车系统222.4.7 塔架222.4.8 控制系统22第三章 偏航控制系统功能和原理243.1 偏航控制系统的功能243.2 偏航控制原理243.3 风向、风速信号的采集263.3.1 风向测量263.3.2 风速的测量27第四章 偏航控制系统功能和原理314.1 偏航系统的组成314.2 偏航控制机构314.2.1 风向传感器314.2.2 偏航控制器334.2.3 解缆传感器344.3 偏航驱动机构344.3.1 偏航轴承354.3.2 偏航驱动装置374.3.3 偏航制动器38第五章 偏航控制系统设计及结果分析405.1 偏航系统控制过程分析405.1.1 自动偏航405.1.2 90度侧风控制415.1.3 人工偏航控制425.1.4 自动解缆435.1.5 阻尼刹车445.2 偏航控制系统硬件设计445.2.1 偏航控制系统总体设计结构与思想445.2.2偏航控制系统硬件电路图455.2.3 偏航控制系统设计各组成器件简介、选型及原理465.3 偏航控制系统软件设计475.3.1 偏航控制系统设计流程图475.3.2主程序485.3.3 结论与分析57第六章 总结与展望586.1 全文总结586.2 展望59参考文献60致谢61 第一章 概述1.1 课题的背景和意义电力种类 平均成本（ 美分/千瓦每小时）电力种类 平均成本（ 美分/千瓦每小时）煤电4.8 5.5天然气发电3.9 4.4核电11.1 14.5风电(返税前)4.0 6.0水电5.1 11.3风电(返税后)3.3 5.31.2 国外风力发电的发展1.2.1 世界风电资源的开发与利用1.2.21.2.3 世界风电发展最快的地区1.31.4 风电发展的展望第二章 风力发电机组系统构成及功能简介2.1 传统风力发电机2.1.1 笼型异步发电机2.1.2 绕线式异步发电机2.2 图2.2 绕线式异步发电机的系统构成2.3 风力发电的原理2.4 风力发电机系统组成部分简介2.4.1 风力机齿轮箱系统2.4.22.4.32.4.42.4.52.4.6第三章3.13.23.3 (3-1) (3-2) (3-3) (3-4)风向、风速信号的采集3.3.1 风向测量风速的测量3.43.4.13.53.5.1 a）外齿驱动形式的偏航 b）内齿驱动形式的偏航系统图4.3 偏航系统结构简图 a）外齿形式 b）内齿形式图4.4 偏航齿圈结构简图3.5.23.5.3 偏航制动器3.6 偏航系统控制过程分析3.6.1 90度侧风控制3.6.23.6.3 阻尼刹车3.7 偏航控制系统硬件设计3.7.1 偏航控制系统总体设计结构与思想系统的硬件主要有:偏航电机，纽缆开关，风速仪，风向标，s7200-cpu224各部分的功能：偏航电机：为风力发电系统中风机对风及解缆的执行机构,使风机随着风向的变化而转动，对准风向。接近开关：偏航电机运行的速度位置反馈信号。风速风向传感器：将风速、风向信号转换成420mA的电流信号传给PLC。PLC：它是兆瓦机组的中央处理单元。接收绝对正北方向信号、风向风速信号和接近开关传给它的风机所处的实际位置,经过逻辑处理，把精确的控制命令传给执行机构即偏航电机。硬件框图如图5.3。图5.3 硬件框图3.7.2 偏航控制系统硬件电路图3.7.3 偏航控制系统设计各组成器件简介、选型及原理3.8 偏航控制系统软件设计3.8.1 偏航控制系统设计流程图3.8.2 主程序 主程序子程序 中断程序3.8.3 结论与分析 本设计中通过风向标、风速仪检测风向、风速，并将检测到的风速、风向信号送到PLC中，PLC通过计算风向信号与机舱位置的夹角，从而确定是否需要调整机舱方向以及朝哪个方向调整能尽快对准风向。当需要调整方向时，PLC发出一定的信号给偏航驱动机构，以调整机舱的方向，达到对准风向的目的。 具体输出结果是：1.正常情况下，风机处于自动偏航状态，控制机舱使叶轮法线方向与风向基本一致 。2.出现特大强风，遭遇12级以上的大风暴时，控制系统对机舱作90度侧风处理 。3.当机舱相同一方向转动2圈时，为避免造成电缆缠绕，绞死，甚至绞断 。进行自动解缆控制。图5-4 偏航控制系统输出控制结果3.9 总结与展望参考文献1叶杭冶.风力发电机组的控制技术M，北京：机械工业出版社，2002，45-78.2苏绍禹.风力发电机设计及运行维护M，北京：中国电力出版社，2003，130-190.3宫靖远.风电场工程技术手册M，北京：机械工业出版社，2004，60-79.4徐蒲荣.大型风电场及风电机组的控制系统M，电气传动自动化，2003，100-145.5郑康.变速恒频风力发电系统中的风力机模拟M，机电工程，2003，210-267.6李勇东.中国风力发电的发展现状和前景J，电气时代，2006，16-20.7魏毅立.变桨距调速风力发电机组控制系统研究及应用D，北京：科技大学博士学位论文，2004.8张秋生.蔡纯.风电机组偏航系统设计缺陷分析及改进设想J，风力发电，2005，189（12）：25-28.9徐德.诸静.风力发电机风向随动控制系统J，太阳能学报，2000年第5期.10李守好.风力发电装置刹车系统及偏航系统智能控制研究 M，西安： 西安电子科技大学，2005，98-154.11陈实.MW级风力发电系统单机电气控制技术研究无功补偿和偏航控制系统 M， 南京航空航天大学，2004，78-143.12胡寿松.自动控制原理M，北京：科学出版社，2000，340-410.13陈立定.吴玉香.苏开才.电气控制与可编程控制器（M），广州：华南理工大学出版社，2001年2月第一版，170-290.致谢在本论文即将结束时，我真心感谢很多给与我学习和生活关怀帮助的人。张富全老师在课题研究阶段，精心指导、认真讲解设计过程中遇到的各种困难，在这里我向张老师表示真挚衷心的感谢！此外，还感谢汇全集团的赵智刚工程师和程建邦工程师及电气的所有老师的指导与帮助。感谢你们在研究生期间给予的关心和照顾!最后还要感谢我的同学，谢谢你们在设计过程中的支持与鼓励。