基于pcs7變槳距風力發電機組偏航控制系統設計畢業論文-全文預覽

　　

【正文】 還可以方便以后訪問過去的數據。組態軟件和系統軟件共同作用，完成對整個工業過程控制的監視。操作人員可以直接通過wincc界面，來了解生產現場的一些情況，也可以用于軟件人員開發研究，操作人員直接在wincc界面上，對一些數據做出改變，我們能看到每個過程的狀態都會發生改變，直接從人機界面上就能夠很好的反映。選著模糊控制的控制策略來研究偏航控制，并在MATLAB軟件上得到了仿真結果。并且由仿真曲線圖可知，超調量也不是很大，系統的波動較小。經運算可得傳遞函數個系數的值，其中=65，=500。 模糊控制規則表EC ENBNMNSZEPSPMPBNBNBNBNMNMNSNSZENMNBNMNMNSNSZEPSNSNMNMNSNSZEPSPSZENMNSNSZEPSPSPMPSNSNSZEPSPSPMPMPMNSZEPSPSPMPMPBPBZEPSPSPMPMPBPB本文用MATLAB實現基于模糊控制的偏航控制仿真。偏航系統模糊控制規則表設計原則為: 當風輪旋轉角度偏差較大時，控制量的主要目的是盡可能小地減小偏差。我們將論域分為13個等級，選定語言變量偏差E 、偏差變化率EC、被控量U的模糊論域為 E = { －6，－5，－4，－3，－2，－1，－ 0，+ 0，+ 1，+ 2，+ 3，+ 4，+ 5，+ 6} ，EC = { －6，－5，－4，－3，－2，－1，－ 0，+ 0，+ 1，+ 2，+ 3，+ 4，+ 5，+ 6} ,U = { －6，－5，－4，－3，－2，－1，－ 0，+ 0，+ 1，+ 2，+ 3，+ 4，+ 5，+ 6} 。15176。本文研究的是風力發電機組偏航控制系統，所以選擇輸入變量為兩個，即偏航角度誤差的變化及誤差的變化率作為輸入變量, 輸出變量為偏航電機的控制量。選擇著模糊控制策略能夠有效地提高風力發電機組偏航控制中的穩定性、可靠性和精確度。風的方向和風的速度的隨機性等不良因素在運用模糊控制這種控制策略時，都能夠有效地克服這些影響。它不需要確定精確的數學模型, 這個優勢擴大了模糊控制的應用范圍。風力 發電機的偏 航控制系統是一個 非線 性的系統, 風向是隨時變化的，偏航系統的各個參數也具有時變性。凸輪控制的自動解纜過程如下:根據角度傳感器順時針CW和逆時針CCW所記錄的偏轉角度情況，確定順時針解纜還是逆時針解纜。當達到其規定的解纜圈數時，系統應自動解纜，此時啟動偏航電機向相反方向轉動纏繞圈數解纜，將機艙返回電纜無纏繞位置。 自動解鎖 自然界中的風是一種不穩定的資源，它的速度與風向是不定的。 人工偏航控制，是指當風力機自動偏航控制系統不能正常工作時，偏航系統需要維修和人工解纜時，風力機的偏航控制只能通過人工操作，發出相應的信號開進行控制。自動偏航傳感器ASS狀態示意圖。所以偏航系統需要有設定一個合適的偏航偏差角范圍，當超出偏差范圍時,系統控制器發出自動偏航指令，這樣還可以保證風力發電機的壽命。 設計偏航控制系統應具備的以下幾個要求：1. 根據風向的變化進行自動偏航調節；2. 超大風速時的90度側風控制功能。為了實現這樣的伺服控制，就偏航控制本身來講，對控制精度以及響應速度并沒有要求，但在偏航對風過程中，風力機組作為一個整體，具有很大的轉動慣量，考慮到風力發電的穩定性，需要設置足夠的阻尼。解纜完成后，發電機組再次開始正常工作。當偏航角度累計達到1080176。控制器發出向左向右的偏航指令，直到方向偏差消除。它的工作原理是:當風向與風力機風輪的主軸線產生偏離時，風力發電機尾部的風向傳感器傳來信號,通過風傳感器檢測風向、風速，并將檢測到的風向信號送到微處理器，微處理器計算出風向信號與機艙位置的夾角，從而確定是否需要調整機艙方向，以及朝哪個方向調整，才能盡快對準風向。扭轉保護裝置一般由控制開關和觸點機構組成，控制開關一般安裝在機組的塔架上，觸點機構一般安裝在電纜上，當電纜扭絞到一定的程度時，觸點機構會松開。當偏航系統旋轉的圈數不低于設計是所規定的初級解鎖和終極解鎖的圈數時，計數器則給控制系統發出信號，使風力機組的偏航系統自動進行解鎖。大齒輪固定在塔架頂部靜止不動，多采用內齒輪結構，小齒輪由安裝在機艙上的驅動器驅動。偏航驅動裝置采用電動機驅動，有的是采用液壓馬達驅動，它的制動器可以是常閉式，也可以是常開式。兩種形式相比較并考慮失效保護，一般采用常閉式制動器。為保證風力機停止偏航時，不會因葉片受風載荷而被動偏離風向的情況，風力機上多裝有偏航制動器。這種軸承已經開始了大批量標準件生產。目前，常用的偏航軸承有回轉支承和滑動軸承兩種類型。可以采用內齒或者外齒形式。保證風力機組的安全運行。 本章主要介紹了風力發電機組的組成結構，和各部分的功能作用。同時這種機型還有一個優點就是，能將可以雙向流動。在風速較高時，發電機運行在較高的轉速上，此時4級電機開始工作。變槳距風力機具有結構簡單、良好的變速性能和運輸起吊難度小等優勢，因而它是大型風力發電機組未來的發展方向。（1）定槳距調節將被變槳距調節所取代 風能是一種能量密度低、穩定性較差的能源。具體控制內容有信號的數據采集和處理、轉速控制、變槳控制、自動最大功率點跟蹤控制、功率因數控制、自動解鎖、偏航控制、并網和解列控制、停機制動控制、就地監控、安全保護系統、遠程監控等。風力發電研究這么多年以來，國內外的科研學者對風力發電的控制系統開展了大量的科學研究和優化仿真，并提出了大量的先進理論。好的控制系統會提高風力發電的效率和安全性。風力機組塔架結構形式主要有鋼筋混泥土結構、鋼筒結構。根據風力機容量的大小，塔架可以制成實心鐵柱式，也可以制成鋼材晰架結構或柔性塔架。在葉輪旋轉時，作用在擾流器上的離心力和彈簧力會使葉尖擾流器力圖脫離葉片主體轉動到制動位置；而液壓力的釋放，不論是由于控制系統是正常指令，還是液壓系統的故障引起，都將導致擾流器展開而使葉輪停止運行。90176。氣動剎車機構是由安裝在葉尖的擾流器通過不銹鋼絲繩與葉片根部的液壓油缸的活塞桿相聯接構成的。剎車系統的功能是當風力機需要停止運轉或在大風時使風力機停止運轉以達到維修或保護風力機的目的。凸輪控制的自動解纜過程如下:根據角度傳感器所記錄的偏轉角度情況，確定順時針解纜還是逆時針解纜。當達到其規定的解纜圈數時，系統應自動解纜，此時啟動偏航電機向相反方向轉動纏繞圈數解纜，將機艙返回電纜無纏繞位置。自然界中的風是一種隨機不穩定的資源，風速與風向是不定的。它有兩個主要的功能：一個是使追蹤風向變化，改變偏航角度，直到風力發電機恢復正常工作。這種直接驅動式風力發電機組由于沒有齒輪箱，零部件數量相對傳統風電機組要少得多。由于繞線式異步發電機有滑環電刷，這種摩擦接觸式結構在風力發電惡劣的運行環境中較易出現故障。采用異步發電機，這個調節過程自動完成。開發直驅式風力發電機組是我國日后風力發電機制造的趨勢之一。1. 主軸（低速軸） （高速軸） 風力發電機組的設計通常要求在無人值班運行條件下工作長達20年之久，因此齒輪箱的軸承在此受到了真正的考驗。齒輪箱系統的特點是：(1)速軸采用行星架浮動，高速軸采用斜齒輪（螺旋齒輪）浮動，這種兩級或者三級的復合齒輪形式，使結構簡化而緊湊，同時均載效果好。從齒輪箱的維修角度來講，主軸單獨支撐，既便于與齒輪箱分離，又能減輕齒輪箱的承載，大大的降低了維修費用，較為合理。整個傳動系統和發電機安裝在主機架上。變槳距的硬件安裝在輪轂內部，由電動機和減速器構成驅動機構和執行機構。變槳距系統按照驅動方式可分為液壓變槳距和電動變槳距系統。為了達到這個目標，結構優化設計，可以降低葉片重量，降低制造成本。獲得竟可能多的風能.（2） 可靠地結構強度，具備足夠的承受極限載荷和疲勞載荷能力。風力發電機的風輪也是風力發電機的一個核心部件，決定了整個風力機組的性能，風輪商業片的氣動特性決定了風力機組的風能利用率，也決定了風力機組機械部件的主要載荷。 現代風力發電的原理 現代風力發電系統包括風力發電機組、偏航控制系統、變槳距控制裝置、風速和風向傳感器等幾部分。●直接驅動型。 2）連續變速型。 ●變速型。●變槳型。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。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。直驅型風力發電機組要采用全功率變流器。變槳距失速型（主動失速型）。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。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。使我國的風力發電事業邁向更高的頂峰。由此可見，我國的風電市場的發展前景非常良好。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。 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。需要國家出臺支持、優惠及獎勵政策。目前風力機組的可靠性和安全性還達不到要求。我國的風能資源比較豐富，但是我國的風力資源分布不均。 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。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。廣東省南澳風電場居其次。 我國現代風力發電事業起始于上世紀70年代。 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。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。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。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。風力發電的前景十分可觀。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。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。變槳距風力發電機可以通過調節槳葉節距，改變風輪葉片的攻角。隨著能源的緊缺，煤電、水電發電的成本變高。所以說在未來能源行業這一塊，風力發電的前景非常良好。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。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。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。常規能源的日益枯竭，迫切的需要開發新的能源。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。目前來看，風能是最具有大規模開發利用前景的新能源。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。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。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。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。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。因此開發可再生能源，尤其是風能，將變得更為重要。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。 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。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。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。預計到2014年底,全球累計安裝量達235000 MW,%。目前國內最大的風電場是新疆達坂城二風場， 。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。%。我國將進入以風能為代表的可再生清潔能源發電的鼎盛時期。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。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。以解決我國的電力能源短缺。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。僅次于風電火電、水電之后。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。2 風力發電機組系統構成及功能簡介 風力發