基于pcs7變槳距風力發電機組偏航控制系統設計畢業論文(已修改)

　

【正文】 基于PCS7變槳距風力發電機組偏航控制系統設計畢業論文目 錄1 緒論 1 1 2 2 4 我國風力發電的前景與展望 4 本章小結 52 風力發電機組系統構成及功能簡介 6 風力發電的原理 6 6 7 現代風力發電的原理 7 8 8 9 10 11 偏航系統 12 解鎖裝置 12 12 13 風力發電機組的控制技術 13 13 14 153 風力發電機組偏航控制策略 16 16 16 17 17 17 17 18 19 90度側風控制 20 21 自動解鎖 21 21 22 22 輸入輸出變量的模糊化 22 24 26 仿真結果與分析 27 本章小結 284 系統研制開發平臺 29 29 風力發電偏航控制組態仿真平臺設計 29 29 監控系統的設計和功能實現 30 step7軟件的介紹 30 PLC簡介 31 本章小結 315 風力發電機組偏航控制系統設計 32 32 33 33 33 34 34 人工偏航流程圖 35 自動解纜流程圖 35 36 36 38 38 41 44 466畢業設計總結 47參考文獻： 48外文論文 49中文譯文 57致 謝 67中國礦業大學2014屆本科生畢業設計 第68頁1 緒論當今社會，能源已經成為人來賴以生存的重要物質基礎，但是隨著能源的開采和利用，造成了嚴重的資源枯竭和環境的破壞。化石能源的過度消耗，煤炭、石油、天然氣等能源的缺乏，嚴重制約了當今社會的經濟發展。常規能源的日益枯竭，迫切的需要開發新的能源。人類為了保護生態環境，節約資源。正在努力的尋找可再生、環保、潔凈的能源，對于緩解能源匱乏有著十分重要的意義。目前來看，風能是最具有大規模開發利用前景的新能源。當今世界的科技發展日新月異，風力發電的技術已經相當的成熟。但是目前來看，現代風力發電技術任然有一些不足之處，還面臨著一些技術挑戰，包括怎樣提高風力發電的可靠性以及如何進一步提高風力發電的效率。另外還需要考慮的就是如何降低成本。風能是目前最具有開發價值和開發規模的清潔能源，它有著廣闊的前景，因此開發風能也受到了全世界的普遍重視。風 力資源是取之不盡，用之不竭的，風力資源相當的豐富，有很好的開發前景。另外，風能還是一種清潔環保能源。風能的一大優點就是它不會像煤電、核電那樣會對環境造成污染。隨著發電技術的日趨成熟以及發電設備產品的質量可靠，目前風力發電對風能利用率能達到95%以上。風力發電的經濟性也日益提高，從發電成本來看，隨著風力發電技術的進步，未來風電的成本肯定要低于煤電和核電。另外風力發電場的建設工期比較短，比火電站、水電站、核電站都要短。并且機組安裝方便，容易操作。風力發電具有眾多的優點，使得風力發電領域快速發展，風電行業已經成為了一個巨大規模的產業，還能帶動其他行業的發展，促進了國民經濟的發展。所以說在未來能源行業這一塊，風力發電的前景非常良好。 綠色和平組織和歐洲風能協會在2002年提出了《風力12》報告， 預計到2020年，世界風力發電總量將會達到世界電力總需求量的12%，屆時，風電將僅次于火電和水電的電量占有比例。目前我國各地也在如火如荼的開發風力發電。我國電力發展“十一五”發展綱要中也明確指出了，到“十二五”末期，我國的風力發電總量將達到世界風力發電總量的14%左右。隨著能源的緊缺，煤電、水電發電的成本變高。風力發電的經濟性、實用性等優勢也必將顯 現出來。風力發電機可分為變槳距風力發電機和定槳距風力發電機。目前變槳距風力發電機從市場占有率以及生產運行的效果來看，都要明顯優于定槳距發電機。變槳距風力發電機可以通過調節槳葉節距，改變風輪葉片的攻角。改變空氣對葉片的轉矩，從而保持風力發電機功率輸出穩定。本文研究的是變槳距風風力發電機組偏航控制系統，變槳距風力機相比定槳距有很多突出的優勢。變槳距控制改變了槳葉葉片節距角，改變迎風面積，這樣可以盡可能多的捕獲風能，大大提高了風能的利用率，可以獲得最大輸出功率。關于變槳距風力發電技術是未來風力發電研究的一個趨勢。變槳距風力發電機也將會成為未來風力發電市場上的絕對主流。風力發電為人類社會經濟發展提供了能源支撐，風力發電電技術的發展也推動了科學技術的發展。研究風力發電技術不僅能夠帶來經濟效益，還能帶來良好的社會效益。更重要的是開發利用這種清潔能源有利于對生態環境的保護。風能轉化成電能的過程中，風能推動槳葉轉動發電，沒有給大氣造成任何污染。只降低了氣流的速度，風力發電的發展，能夠減少常規能源的排放，從而減少了二氧化碳和二氧化硫的排放，對環境保護和生態平衡以及改善能源結構有著重要的意義。因此開發可再生能源，尤其是風能，將變得更為重要。風力發電的前景十分可觀。　 自20世紀70年代以來，風能開發和利用在歐美發達國家發展非常迅速，風力發電技術也日趨成熟。風力發電為這些發達國家的經濟發展提供了能源供給。在進入21世紀以后，煤電，石油發電消耗了大量的不可再生資源。資源的枯竭，給人類社會的發展提出了嚴峻的挑戰，人類開始探索包括風能在內的新能源。目前，世界風能發電廠以每年30%的增長速度不斷發展。不少歐洲發達國家都將風電定為優先發展級別，尤其在英國、丹麥、德國等西歐國家更加重視風能的開發利用。 丹麥靠近北海,是多風之國，風力發電的研究與應用始于丹麥人的大膽探索。19 世界末期，丹麥人成功研制了,世界上第一臺風力發電機，并建成了世界上第一個風力發電站，所以可以說丹麥人為人類在尋找新能源上作了一個模范與榜樣。進入21世紀，風電大國丹麥的風電規模一直位于世界前幾名。目前，德國是世界風力發電規模最大的國家，其風力發電的裝機容量已達3000 Mw。德國的風機制造能力強、水平高，全球10大風機制造商中，德國占有2家。另外，西班牙，印度，意大利，日本等國風力發電的規模也都位于世界前列。德國的風電產業也相當的發達，帶動了德國經濟的發展。 1999年10月5日，國際能源研究報告指出：到2020年，風能可為世界電力提供10%，增加170萬個就業機會，并在全球范圍內減少100多億噸二氧化碳廢氣的排放。風電技術經過20年的研究日益成熟，風電的成本從20美分/kWh持續下降到3美分/kWh，商業化機組的單機容量從55kW增加到6000kW，運行可靠性的發電成本接近于常規火電，迅速發展為初具規模的新興產業。 根據全國風能理事會（GWEC）發布的全球風電市場裝機數據，2011年，全球新增風電裝機達到237669MW。這一數據表明全球累計裝機實現了21%的年增長，新裝數據達到6%。到目前為止，全球75個過國家有商業運營的風電裝機，其中22個國家的裝機容量超過1000MW。預計到2014年底,全球累計安裝量達235000 MW,%。 我國現代風力發電事業起始于上世紀70年代。到1998年底，全國已建成了20個風電場，總裝機容量達220 MW。目前，我國有將近30個風電場，總裝機容量達到46萬kw。目前國內最大的風電場是新疆達坂城二風場， 。廣東省南澳風電場居其次。內蒙古輝騰錫勒風電場，國內居第3位。而遼寧省的東崗和橫山風電場的裝機容量分別為12 MW和5 MW。為解決地處邊遠、貧困落后、居住分散、難以供電地區的農牧民群眾的用電問題，大力推廣了戶用小型風力發電機。我國風力發電行業在2011年繼續保持了較快的發展，據不完全統計，截止到2011年12月末，（包括等待并網發電和已經并網發電的），分布在31個省、直轄市、自治區和特別行政區。其中，四川和廣州于2011年填補了無風電的空白。累計風電裝機超過200萬千瓦的省級地區有10個，河北與甘肅分別位居第二和第三。，%。 2011年底中國累計風電裝機容量前十位的省份風能作為清潔能源、可再生能源，將會迎來更好會更快的發展。中國將在“第十二個五年計劃”期間重點發展風電產業，政府還將介紹一些中國促進風電發展的政策，促進健康，風力發電可持續發展。如果國家政府沒有出現重大調整，發力發電將繼續保持快速發展，根據市場發展預測，風力發電機組裝機容量年平均增長將達到180萬KW。我國將進入以風能為代表的可再生清潔能源發電的鼎盛時期。我國的風能資源比較豐富，但是我國的風力資源分布不均。有沿海（山東、浙江、福建、廣東）和東北至西北（內蒙古、新疆、甘肅）兩大風帶，風的質量好，為開發風電提供了基礎環境與條件。省區風力資源/MW省區風力資源/MW內蒙古61780山東3940新疆34330江西2930黑龍江17230江蘇2380甘肅11430廣東1950吉林6380浙江1640河北6120福建1370遼寧6060海南640風力資源豐富的地區通常是分布在在沿海地區，在島上，西北，或偏遠地區。這些地方，一般條件比較惡劣，遠離城市，給風力發電行業的員工的生活帶來了很大的不便所以目前風力發電的發展方向為遠程監控和無人值守，但是這樣的話對風力發電機的控制技術提出了很高的要求。目前風力機組的可靠性和安全性還達不到要求。風電在中國仍然面臨著許多問題，主要是建設成本高和高關稅。此外，中國的風力發電還處于發展階段，受國家政策的影響，以及社會和經濟的發展，風力發電也很難進入大規模工業發展。一般來說，風電建設綜合效益不是很好，加上風力發電具有一次性投資較高，運轉初期，還本付息的壓力大，所以風電上網也需要政府的支持和鼓勵。需要國家出臺支持、優惠及獎勵政策。一方面地方政府要充分發揮積極主動性，鼓勵大力發展風力發電產業，并對風力發電企業給予一定的政策優惠或者適當的財政補貼，同時，還能提供更多的就業機會。另一方面，在科研方面，國家還應加大科技投入和技術創新，扶持民族企業的開拓創新，使產品及時更新換代，使我國的風力裝備越來越先進，這樣還可以提高風能利用率和提高風力發電總量。以解決我國的電力能源短缺。 我國風力發電的前景與展望 風力發電經過過去10年的發展，% 的平均速度在增長，就能夠提前5年完成當初設定的2020年的目標；根據市場估計，到2020年，我國有可能實現風電累計裝機達到5000萬千瓦。到那時，已安裝的風電容量的占國家電力將近6%的裝機容量，%。風力發電在經歷了未來10年發展的黃金時期后，風電的地位將會得到很大的提高。風電作為新興清潔能源，和傳統的火力發電以及核電站相比較，具備成本上明顯的優勢。依照我國當前的風力發電機裝機增長速度若屆時我國風電每年新增裝機才達到目前歐洲的水平，即達到800萬千瓦，；若2020年后每年新增裝機超過1100萬千瓦，約占全國每年新增裝機的30% ，即達到歐盟過去五年中風電占新增發電裝機的比例， 億千瓦左右，此時，風電在全國電力容量中的比重超過11% ，%的電力需求。那時，風電占據總發的電量的比例排第三位。成為第三大發電電源。僅次于風電火電、水電之后。由此可見，我國的風電市場的發展前景非常良好。按照每千瓦時投資8000元計算，到2020年，中國的風力發電可以達到每一年500億的投資規模，所以說發展潛力巨大。我國的對風力資源的開發使用跨入了一個全新的階段，特別是小型風力發電機的應用相當普遍，成效很好，前景廣闊。為了使我國的風力發電得到長遠的發展，應該鼓勵風力發電的技術創新，加大科研開發，把握當初發電快速發展的機遇。使我國的風力發電事業邁向更高的頂峰。在積極實現堅持火電、水電、核電并舉，鼓勵海嘯能、風能、地熱能、生物能源等多種新興能源快速發展過程，為我國的發展提供足夠的能源供應。 本章小結 本章主要介紹了風力發電研究的意思，和國內外研究背景，以及當前我國風力發電的現狀，通過本章的介紹，可以看到風力發電有著良好的發展前景。2 風力發電機組系統構成及功能簡介 風力發電的原理發電機是利用電磁感應原理把機械能轉換成電能的裝置，在原動機（風力發電系統中對應的是風力機）的拖動下，當風力發電機中的線圈繞組切割磁力線，則在線圈繞組中產生感應電動勢。通常意義上講，相對于磁極而言，產生感應電動勢的線圈繞組通常被稱為電樞繞組。無論何種類型的發電機，其基本組成部分都是產生感應電動勢的線圈加上產生磁場的磁極或線圈。轉動的部分叫轉子，不動的部分叫定子。發電機作為機械能轉換為電能的裝置。根據風力發電機與電網的連接方式劃分：（1）離網運行的發電機，它是單臺獨立運行的發電機，發出的電不能接入電網當中，直接由發電機通過相應的控制機構向負載直接供電。（2)并網運行的發電機 ，發電機與電網并聯運行發電機的并網運行，發電機發出來的電力可以直接接入到電網中。目前全世界使用的主要有四種風力發電機組，下面我們就具體介紹一下：（1）定槳距失速型風力發電機組。通過風輪葉片失速來控制風力發電機組在大風時的功率輸出，以及通過葉尖擾流器來實現極端情況下的安全停機問題。變槳距失速型（主動失速型）。風力發電機組在低風速時通過改變槳距角或保持一定的槳距角，使其功率輸出增加，而在高風速時通過改變葉片槳距角來控制功率輸出。（2）直驅型風力發電機組。它是無齒輪箱的變槳距變速風力發電機組，風輪軸直接與低速永磁發電機連接。直驅型風力發電機組要采用全功率變流器。（3）雙饋異步變速恒頻型風力發電機組。風輪葉片槳距角可以調節，同時發電機可以變速，并輸出恒頻恒壓電能。在低于額定風速時，它通過改變轉速和葉片槳距角使風力發電機組在最佳尖速比下運行，輸出最大的功率，而在高風速時通過改變葉片槳距角使風力發電機組功率輸出穩定在額定功率。當風的速度過大時，變槳距機構通過改變葉片槳距角，確保風力發電機能夠保持穩定的功率輸出。（4）混合風力發電機組。混合型風力發電機組也要采用全功率變流器。混合型風力發電機組。主要采用單級齒輪箱和中速永磁發電機，是直驅型風力發電機組和傳統型。風力發電機按照槳葉、風輪裝束以及傳動機構可以分為以下幾類。（1）按風輪槳葉分類，●失速型。高風速