基于pcs7變槳距風力發電機組偏航控制系統設計畢業論文-資料下載頁

　　

【正文】 偏航電動機：偏航電動機用于控制風輪的轉向，當風力發電系統中的風輪軸線與風向出現一定的偏差角度時，風向傳感器檢測到偏差角度的信號，控制系統發出命令，控制偏航電機的啟動，偏航電機調整風輪的對風方向，最終達到風輪準確對準風向的母的。行程開關：風力發電機的風輪偏航到一定角度時，就不能在繼續偏轉了，如果繼續偏轉可能會造成電纜扭絞死或者風輪設備損壞。安裝行程開關，可以有效的降低危險性。行程開關是偏航控制的一個不可或缺的重要構成部分，它的作用是反向偏航電機運行的角度位置，并給一個反饋信號，停止偏航動作。傳感器：風力發電機機組必定裝備著風向傳感器和風速傳感器。它能夠將風的速度信號和風的方向信號，數模轉換為4到20MA的電流信號，這樣就可以把信號傳導給西門子S7200 PLC。S7200PLC：西門子 S7200 對于本次的風力發電偏航控制開說，就是一個中央處理器，相當于人的大腦。PLC能夠接方向傳感器產來的信號，以及行程開關反映出風力發電機目前所處的偏轉位置信號，經過PLC的邏輯處理，控制偏航電動機的啟停。S7200是一種小型可編程邏輯控制器，有功能模塊與 I/O 口的擴展。整體式 PLC 將 CPU、輸入/輸出口與電源裝備在一個箱型機殼內。S7200 具有很多優點，指令集豐富，編輯語言簡單，集成功能極高，性價比很高，使用便捷安全等。根據控制規模的大小，即輸入/輸出點的多少，選擇相應的 CPU 型號。在本文中，系統所需開關量輸入點數為 11 ，開關量輸出點數為 11 ，模擬量輸入點數為 4 ，模擬量輸出點數為 2 。選擇西門子S7200CPU226 型號，有 24 點開關量輸入，16 點開關量輸出，計數器個數為6，擴展輸入/輸出模板數量為 7 。： 硬件框圖由風力發電機組偏航控制設計的硬件電路圖必須包括偏航電動機，行程開關，風速儀和風向儀傳感器，以及最重要的S7200PLC。下面為各個硬件設備的設備選型：風速儀：INT 10；風向標：INT 30；偏航電機：三相異步電動機，；接近開關：FRB8E1NK，供電電源是：10～30VDC，200mA。PLC：西門子S7200帶模擬量模塊EM235；混合模塊。：風力發電機自動偏航的控制過程為風向傳感器檢測風向并取機艙位置，計算出風輪與風向角度的偏差值，當這個偏差角度在允許的范圍內時，取風向角α與的夾角為θ，則若0176。 θ 180176。，則風機需進行順時針偏航對風，若180176。 θ 0176。，則風機需進行逆時針偏航對風，若180176。 θ 360176。,則風機需進行逆時針偏航對風，若360176。 θ 180176。，則風機需進行順時針偏航對風。 人工偏航流程圖 人工偏航就是當自動偏航調節功能失效時，需要操作人員手動調節的一個控制過程，需要屏蔽掉自動偏航調節的信號。當人工偏航完成后，使偏航電機制動，停止偏航操作。流程圖如下： 自動解纜流程圖 如果風力發電機多次向同一方向轉動，就會造成電纜纏繞，絞死，甚至絞斷，因此必須設法解纜。當偏航旋轉角度在一定范圍內，偏航電機按反方向轉動，解除解纜，當偏航電機旋轉角度超過極限值1080度時，則必須停機進行故障處理。流程圖如下： 接近開關A、B的信號輸入。分別記錄AB信號一個周期內的四個狀態。其中，A~H為臨時變量。 當機艙逆時針轉動時，偏航角減小。當順時針轉動時，偏航角增大。所以每有一個狀態響應，則對偏航角加上或減去2 186。對由風向儀提供的模擬量進行轉化，得到介于180186。~180186。的風向角。判斷偏航角大于零或是小于零。并在下一段程序中進行歸算。當機艙大于零時，對偏航角歸算至180186。~180186。之間。當機艙小于零時，對偏航角歸算至180186。~180186。之間。對偏航角與風向角分別取絕對值后，將兩者相減，并判斷差值是否在8 186。 ~8 186。之內。若是，則結束自動對風程序，無需對風。否則進行偏航。將風向角與偏航角相減，得到對風角θ。若對風角θ不在限定范圍內，則開始啟動偏航電機進行偏航。并執行控制算法。即：當360θ163。180時， 順時針偏航：180θ163。0時逆時針偏航。0θ163。180時，順時針偏航：180θ360時，逆時針。接近開關A、B的信號輸入。若偏航角達到1080度，則啟動自動解纜程序，并驅動偏航電機。向程序輸入偏航角與風向角。對風向角分別加5和減5，并分別儲存。分別記錄AB信號一個周期內的四個狀態。當機艙逆時針解纜時，偏航角減小。當順時針解纜時，偏航角增大。所以每有一個狀態響應， 186。若機艙偏航角與風向角相差5 186。內，自動解纜結束。否則進行循環檢測風速。當風速達到切入風速時，啟動系統，機械剎車松開。達到額定轉速，并發出并網信號。取風向角，并存于MD150 即時計算機艙的位置。、。、。若限位開關動作，屏蔽自動對風程序。、KM2，控制偏航電機正反轉。判斷自動解纜程序是否執行結束。、KM2，控制偏航電機正反轉。 設計中通過風向標、風速儀檢測風向、風速，并將檢測到的風速、風向信號送到PLC中，PLC通過計算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能盡快對準風向。當需要調整方向時，PLC發出一定的信號給偏航驅動機構，以調整機艙的方向，達到對準風向的目的。 具體輸出結果是：，風機處于自動偏航狀態，控制機艙使葉輪法線方向與風向基本一致 。，控制系統對機艙作90度側風處理 。，為避免造成電纜纏繞，絞死，甚至絞斷 。進行自動解纜控制。6畢業設計總結本論文研究的是變槳距風力發電機組偏航控制系統設計，用到了MATLAB、wincc組態軟件、step7編程軟件、西門子S7200 PLC。在寫論文前期，主要做的任務就是收集相關論文，3月份的時候在中國知網上下載了很多優秀碩士博士畢業論文。在經歷了兩周多的閱讀論文后，終于對所研究的風力發電偏航控制系統有了一定的了解，知道了改怎么去做畢業設計。按照老師的要求，完成了3000字左右的外文論文的翻譯工作。在明確了如何開展畢業論文以后，四月初完成了開題報告的書寫，通過寫開題報告，理清了自己的思緒，也明確了本論文的基本組成結構。本次畢業設計的主體是研究偏航控制系統并設計，選擇的是模糊控制策略，并用MATLAB軟件，在simulink仿真平臺搭建通過設計出模型。得到了很好的仿真結果。還用到了wincc組態軟件，設計出系統運行的界面圖，可以實現過程的可視化。一開始對wincc的知識了解很少，為了完成畢業設計，開始自學wincc，還在網上下載了wincc學習視頻。這個過程收貨頗多，對組態軟件也有了一定的了解。在對偏航控制系統的控制過程研究以后，用step7編寫plc程序。也使我對西門子plc有了更好的了解，提高了我的PLC編程能力。研究風力發電具有很高的社會價值和現實意義。風能是一種清潔的能源，取之不盡，用之不竭。風能將會人類社會的發展提供能源供應，造福于人類。同時還能減少對煤礦、石油等不可再生資源的消耗。為子孫后代節約資源。偏航控制只是風力發電技術的一部分，研究偏航控制有利于提高風能的利用率，增強風力發電機的發電能力。隨著研究的深入，風力發電技術日趨成熟。風力發電的前景非常好，我相信未來風力發電事業將越來越好，人類將更加充分的利用風能。參考文獻：[1] 禹華軍. 風電發展現狀與控制技術綜述[J]. 上海電器技術,2006(3).23.[2] [J]，電氣時代，2006，1620.[3] 趙勇強．風力發電技術發展狀況與趨勢分析[J]．中國科技產業2007：6971．[4] 姚興佳，劉國喜，[M],北京：科學出版社，2010.[5][J],中國國土資源經濟,2005(2): 1920.[6] [M]，機電工程，2003，210267.[7] [M].北京：化學工業出版社，2007.[8] [D]，西安；西安電子科技大學，2005[9] 梁磊. 變槳距與變速風力發電機組的基本控制技術[D]. 大連理工大學, .[10] 李曉燕. 兆瓦級風力機偏航控制系統設計研究[D]. 上海交通大學, .[11] 葉杭冶. 風電機組的控制技術[M], 北京: 機械工業出版社, .[12] 邢鋼，郭威。風力發電機組變槳距控制方法研究. 農業工程學報. 2008,24（5）：181186[13] 李興國. 風電機組系統分析關鍵技術研究及應用[D] . 重慶大學機械工程學院，2009.[14][J].太陽能學報,2009 (4).[15] 孫 亮. 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