基于pcs7變槳距風力發電機組偏航控制系統設計畢業論文-wenkub.com

　 　

【正文】 該方案可以很好地工作在強大的電網環境下，電網幾乎是一個理想的意義電壓源可以提供電壓參考。最后，本功率變換器的動力學進行了探討，這是比傳統的大型SGS快得多。然后，源之間的有功功率平衡（風）和通過調節發電機的轉速和槳距角負荷討論了。]，作者討論了風力發電機組的有功功率控制通過改變發電機速度和不包括音高控制用于調整輸入電力，這是重要的裝備和大型風發電機。它適用于獨立操作模式。同時，風間的距離農場和負荷中心通常很長，電壓下降，由于傳輸線的阻抗會有所不同不同的風力條件。 1引言今天，大多數分布式發電（DG）從風資源在中壓（MV）和低電壓（LV）分布網絡占總功率的一小部分由網絡提供的。該方案充分利用系統的旋轉能量的速度控制和變槳距控制用于限制速度范圍和風能捕獲。電網側轉換器需要工作作為一個電壓源來調節終端（電網）電壓的振幅和頻率，可以分別控制無功功率和有功功率流。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。為子孫后代節約資源。研究風力發電具有很高的社會價值和現實意義。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。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。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。 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 。判斷自動解纜程序是否執行結束。、。否則進行循環檢測風速。當順時針解纜時，偏航角增大。向程序輸入偏航角與風向角。0θ163。并執行控制算法。若是，則結束自動對風程序，無需對風。之間。~180186。的風向角。當順時針轉動時，偏航角增大。流程圖如下： 接近開關A、B的信號輸入。 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。 θ 360176。 θ 180176。： 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。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。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。安裝行程開關，可以有效的降低危險性。5 風力發電機組偏航控制系統設計風力發電機偏航控制系統的硬件設計包括以下組成部分：偏航電機，行程開關、風速傳感器，風向儀（風向傳感器）。通過與模塊 CP2431 來連接到工業以太網上，能通過遠程編輯器，對 PLC進行程序編輯、傳送、狀態監視、數據交換、存儲、讀取數據等。總計可達 182 條。算速度快， 毫秒能執行一條基本邏輯控制指令，可實現高速控制。使用方便靈活，主要體現在硬件使用和軟件使用上。? 第三步：在項目中進行硬件組態；? 第四步：編寫程序；? 第五步：保存下載，進行在線調試，最終完成整個自動化項目。實現STEP 7各種功能所需的SIMATIC軟件工具都集成在STEP 7中。STEP 7具有以下功能：硬件配置和參數設置、通訊組態、編程、測試、啟動和維護、文件建檔、運行和診斷功能等。這樣有利于對數據的統計和分析。這樣有一個好處就是，當我們呢想知道某一時間的過程變化，只需要在wincc的消息系統中就能找到相關的數據。 （3）歸檔系統：用于判斷什么類型的數據進行歸檔的編輯器，即變量記錄記錄編輯器。還可以減小故障所帶來的損失。當單擊按鈕時，系統運行狀態會發生改變，通過主界面可以看出變化。在圖像編輯器下，可以顯示靜態和操作者可以自由控制的畫面。(2)Wincc是西門子過程控制系統的人機界面,支持多種語言,全球通用Wincc的組態界面可以在不用語言之間進行切換,也可在項目中設計多種運行時目標語言。Wincc組態還有一個優點就是，用戶可以隨時對其修改，就算是組態完成了還可以對其修改，以滿足過程的需要，支持大范圍的組態可能性。Wincc上裝有標準化借口，可以實現與其他設備的通信或者交換數據。當今的工業生產正在沖著自動化發展，智能化發展。如果出現了臨界過程狀態，wincc組態能夠自動做出報警響應，發出報警型號。Wincc界面一般包括好幾個子系統組成，一是圖像系統，二是報警系統，三是歸檔系統，四是報表系統，另外還有通尋，用戶管理等構成。4 系統研制開發平臺Wincc是一個在Microsoft win都是下使用的強大的HMI系統。表明模糊控制進行偏航控制可較好地克服風向擾動的影響,可得到較快動態響應，較小的超調量，工作可靠,調向路徑合理,能夠準確跟蹤風向變化,可滿足風力發電機的工作需要。故此時的偏航系統傳遞函數為：在simulink仿真平臺上搭建仿真模型。由于風的方向不確定，偏航控制系統具有非線性和隨動性。 當偏差較小時，除了消除偏差外，選擇控制量時應該注意避免系統的震蕩和超調，保障系統的穩定性。則有：偏差 e的量化因子: （31）偏差變化率的量化因子為： （32） 被控變量的比例因子為： （33）輸入輸出的變量 E 、EC、U的語言值選取 7個語言變量來表示: { NB，NM，NS，ZE，PS，PM，PB} ，它們各自代表{ 負大，負中，負小，零，正小，正中，正大} 。],[－12176。對于所設計的風力發電機組偏航控制系統，我們選擇模糊 控制器的輸入量為: 由風向風 速儀測得的實際旋轉角度和我們設定的理論旋 轉角度的偏差e 及其變化率ec 。控制系統要實現的是對風向的檢測，以及控制偏航電機的起停, 調整風輪的偏轉角度來對準風向，使風力發電機能夠最大可能的捕捉風能。保障了風輪可以準確地跟蹤風向的變化。模糊控制它只是一種基于模糊推 理, 以模糊 語言、模糊數學知識來表示，邏輯規 則推理為理論基礎,它是特別適用于數學模型沒法準確確定的控制系統的一種有效控制策略。如果選擇經典控制理論來進行控制，很可能會得到一個不滿意的結果, 即便是選擇現代 控制理論，也很難保證能達到預期的效果。首先松偏航閘，封鎖傳感器故障的報告，當需要解纜且記錄CW為1時，控制偏轉電機正轉，當需要解纜且記錄CCW為1時，控制偏轉電機反轉。若因故障，自動解纜未起作用，風力發電機也規定了一個極值圈數，在紐纜達到極值圈數左右時，紐纜開關動作，報紐纜故障，停機等待人工解纜。由于風向的不確定性，風力發電機就需要經常偏航對風，而且偏航的方向也是不確定的，由此引起的后果是電纜會隨風力發電機的轉動而扭轉。人工偏航控制過程如下：首先檢測人工偏航起停信號。 自動偏航傳感器狀態示意圖（虛線表示風向標0度位置）ASS設置電機狀態00已對風（在偏航精度內）停止01銳角偏航偏航電機正轉10銳角偏航偏航電機反轉11鈍角偏航視上次偏航情況 90度側風控制 控制過程如下：根據90度側風風向標傳感器DSS的信號，當DSS=00時，表明機艙已處于90度側風位置；再判斷DSS是否為10，若DSS=10，為了使機艙走最短路徑，設置偏航電機反轉；若DSS=11，設置偏航電機正轉；此時啟動偏航計時器開始計時。 在實際的偏航控制中，帶有解纜傳感器的自動偏航控制過程分析：連續一段時間檢測風向情況；根據自動偏航風向標傳感器ASS信號給出偏航控制指令。3. 人工偏航調節功能；。通過對整個偏航系統的控制過程進行分析。風電機組無論處于運行狀態還是待機狀態均可以主動對風。時，必須啟動自動解纜控制程序。偏航角度大小通過安裝在機艙內的角度編碼器的檢測來實現。當需要調整方向時，控制中心發出信號給偏航驅動機構，偏航電動機將風力機的風輪調整到與變化后的風向相一致的方位，以調整機艙的方向，達到對準風向的目的。 風力發電機偏航控制系統實質上是一個位置伺服控制系統。 扭轉保護裝置，它也是偏航系統的必須具備的重要裝置。為了減小偏航驅動器的體積，也有采用低速大扭矩液壓馬達驅動，通過一級行星減速器裝置。常開式制動器，是指有液壓力或電磁力拖動時，制動器一直處于鎖緊狀態的制動器；常閉式制動器，是指有液壓力或電磁力拖動時，制動器始終處于斷開狀態的制動器。偏航驅動器主要包括偏航電機和偏航減速齒輪機構。在偏航過程中，由制動器產生的阻尼力矩應該保持平穩，偏差應小于5%，同時制動過程不得有異常噪聲。目前使用的大多數風力機都采用這種回轉支承這種軸承。滑動軸承，常用工程塑料做軸瓦，這優點是在缺少潤滑的情況下能夠正常工作。內齒形式，輪齒位于偏航軸承的內圈上，其結構比較靜湊。偏航系統包括偏航軸承、偏航制動器、偏航驅動裝置、偏航計數器、扭纜保護裝置等幾個部分組成。在第三節還介紹了風力發電的控制技術，以及未來的發展趨勢。可以大范圍的調節運行速度是變速恒頻運行方式的一個優點，它可以適應因風速變化的引起的風力發電機功率的變化，可以盡最大可能的吸收風能，所以它的效率高。在風速較低時。從目前我國的風力機單機容量不斷上升的趨勢來看，變槳距調節方式將迅速取代定槳距調節方式。由于風速的隨機變化、風向的不確定性，導致風力發電機組的效率和功率的波動，并使傳動力矩也會發生震蕩，影響電能的質量和電網的穩定性。不同類型的風力機控制單元的組成有所不同。如今隨著現代控制技術、智能控制技術、電力電子技術以及機電一體化這些理論研究的深入，為風電控制技術的研究提供了大量的理論基礎和寶貴的經驗。如果控制系統設計不好，將會直接影響風力發電的生產過程，不僅生產效率低下，并且無法確保安全運行。 風力發電機組的控制技術 風力發電機機組正常運行的核心就是其控制系統，控制系統就相當于人的大腦，它是風力發電的最關鍵的組成部分，控制系統緊密聯系著風力發電機組的其他組成結構，風力發電機組的安全生產與發電效率決定于控制系統是否能夠完成精確的控制，是否能夠發揮出完善的功能。大并網的風力發電機組塔架高度一般超過幾十米，甚至超過百米，重量占整個機組的一半左右，成本占風力發電機組制造成本的15%～20%。因此，空氣動力剎車是一種失效保護裝置，它使整個風力發電機組的制動系統具有很高的可靠性。形成阻尼板，由于葉尖部分處于距離軸最遠點，整個葉片作為一個長的杠桿，使擾流器產生的氣動阻力相當高，足以使風力發電機組在幾乎沒有任何磨損的情況下迅速減速，這一過程即為葉片空氣動力剎車。擾流器的結構（氣動剎車結構）。在小型風力機中多采用機械抱閘剎車方式實現制動停車，可以手動也可自動實現停車；在大中型風力機中多采用液壓或電氣制動方式實現抱閘停車。首先松偏航閘，封鎖傳感器故障的報告，當需要解纜且記錄數字為負時，控制偏轉電機正轉，當需要解纜且記錄數字為正時，控制偏轉電機反轉。若因故障，自動解纜未起作用，風力發電機也規定了一個極值圈數，在紐纜達到極值圈數左右時，紐纜開關動作，報紐纜故障，停機等待人工解纜。由于風向的不確定性，風力發電機就需要經常利用偏航系統來對風，而且偏航的方向也是不確定的，由此引起的后果是電纜會隨風力發電機的轉動而扭轉。風輪能夠時刻跟蹤到改變穩定的那個風向。直驅式風力發電機組在我國是一種新型的產品，但在國外已經發展了很長時間。所以，有些風力發電系統采用無刷雙反饋電機，該電機定子有兩套極數不同的繞組，轉子為籠型結構，無須滑環與電刷，可靠性高。發電機對中最終調整的位置尺寸：上下、前后、左右的尺寸在技術要求范圍內即可。 風力發電機可以使用同步或異步發電機， 并且可以直接或間接接地將發電機連接在電網上。近年來國內外風力發電機組故障率最高的部件當數齒輪箱，而齒輪箱的故障絕大多數是由于軸承的故障造成。(2)入軸的強度高、剛性大、加大支承，可承受大的徑向力、軸向力和傳遞大的轉矩，以適應風力發電的要求。相比于其他工業齒輪箱，風電齒輪箱的設計條件比較苛刻，同時也是機組的主要故障源之一。作用在風輪上的各種氣動載荷和重力載荷通過主機架及偏航系統傳遞給塔架。葉片變槳距旋轉動作通過內呲合齒輪實現。按照變槳距操作方式可以分為同步變槳距系統和獨立變槳距系統。大多數現代大型電網的風力機變槳距系統連接，它有兩個主要的功能： 1）在通常的穩定運轉條件下，如果風的速度高于設定的額定值，變槳距機構可以改變葉片槳距角度，來調節葉片的升力和阻力比，此而保障穩定的功率。合理的葉片剛度、葉尖變形位移，避免葉片與塔架碰撞。風力發電機的風輪由葉片、風輪軸及變槳距機構等組成。其中風電系統的最關鍵的設備當屬發電機組，風力發電機一般包含風輪機、變槳機構、繼電器、增速