基于PLC的風(fēng)力發(fā)電機(jī)組偏航系統(tǒng)的控制-機(jī)電一體化畢業(yè)論文解讀

1、南昌航空大學(xué)自學(xué)考試畢業(yè)論文題 目 基于 PLC 的風(fēng)力發(fā)電機(jī)組偏航系統(tǒng)的控制專 業(yè) 機(jī)電一體化學(xué)生姓名 論文編號(hào)準(zhǔn)考證號(hào)指導(dǎo)教師2017 年度 上（上/ 下）基于 PLC 風(fēng)力發(fā)電機(jī)組偏航系統(tǒng)控制II摘要隨著社會(huì)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，人們對(duì)電的需求日益提高。以石油、煤炭、天然氣為的 常規(guī)能源，不僅資源有限，而且還會(huì)在使用中造成嚴(yán)重的環(huán)境污染。在我們進(jìn)入 21 世紀(jì)的今天，世界能源結(jié)構(gòu)正在孕育著重大的轉(zhuǎn)變，即由礦物能源系統(tǒng)向以可再生 能源為基礎(chǔ)的可持續(xù)能源系統(tǒng)轉(zhuǎn)變。風(fēng)能作為取之不盡，用之不竭的綠色清潔能源 己受到全世界的重視，而風(fēng)力機(jī)的偏航系統(tǒng)能使風(fēng)能得到更好的利用，所以偏航系 統(tǒng)的設(shè)計(jì)非常的重要。本設(shè)

2、計(jì)首先分析了偏航系統(tǒng)的工作原理，然后以三菱 PLC作為控制器，觸摸屏 為監(jiān)控器，設(shè)計(jì)了硬件系統(tǒng)模塊，整個(gè)硬件系統(tǒng)采用了閉環(huán)控制，并說明了開環(huán)控 制的缺點(diǎn)。根據(jù)偏航控制要求， 設(shè)計(jì)了自動(dòng)對(duì)風(fēng)控制算法， 自動(dòng)解纜控制算法， 90 背風(fēng)控制算法，不僅提高了風(fēng)能利用率，增大了發(fā)電效率，而且還保證了整個(gè)系統(tǒng) 的安全性、穩(wěn)定性 , 讓風(fēng)力發(fā)電機(jī)更好的運(yùn)行。關(guān)健詞 ：偏航系統(tǒng)；硬件設(shè)計(jì)；自動(dòng)對(duì)風(fēng)；自動(dòng)解纜III目錄 TOC o 1-5 h z 摘 要 III概 論 11.1設(shè)計(jì)背景 11.2設(shè)計(jì)研究意義 11.3國內(nèi)外風(fēng)力發(fā)電概況 2世界風(fēng)電發(fā)展 .2我國風(fēng)電發(fā)展 .2偏航控制系統(tǒng)功能簡介與原理 . 3 H

3、YPERLINK l bookmark20 o Current Document 2.1 偏航控制系統(tǒng)功能 3風(fēng)力發(fā)電機(jī)組偏航控制原理 . .3偏航系統(tǒng)的控制過程 .5 HYPERLINK l bookmark26 o Current Document 3.1 自動(dòng)偏航控制 5.3.1.1自動(dòng)偏航傳感器 ASS 狀態(tài) .5參數(shù)說明和電機(jī)運(yùn)行狀態(tài) 6偏航控制流程圖 6偏航電機(jī)電氣連接原理圖 7偏航對(duì)風(fēng)控制 PLC程序 790側(cè)風(fēng)控制 7人工偏航控制 9自動(dòng)解纜控制 9總結(jié) .10參考獻(xiàn) 11 致謝 .12IV概述設(shè)計(jì)背景電能作為一種應(yīng)用最廣泛和最方便的能源，己經(jīng)成為當(dāng)今社會(huì)發(fā)展和人們生活 中必不

4、可少的一部分。它的利用也已經(jīng)滲透到生產(chǎn)中的每一個(gè)角落，有力地促進(jìn)了 社會(huì)生產(chǎn)力水平和人們生活水平的提高。隨著社會(huì)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，人們對(duì)電的需求日 益提高，然而，隨著以石油、煤炭、天然氣為主的常規(guī)能源的短缺和環(huán)境污染問題 的日益加劇，世界能源結(jié)構(gòu)正在孕育著重大的轉(zhuǎn)變，即由礦物能源系統(tǒng)向以可再生 綠色能源為基礎(chǔ)的可持續(xù)能源系統(tǒng)轉(zhuǎn)變。風(fēng)能作為取之不盡，用之不竭的綠色清潔 能源,對(duì)其開發(fā)利用十分必要。在 21 世紀(jì)的今天，眾多的可再生能源中，目前發(fā)展 最快、商業(yè)化范圍最廣、最為經(jīng)濟(jì)的，當(dāng)數(shù)風(fēng)力發(fā)電。風(fēng)力發(fā)電具有較好的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益，風(fēng)力發(fā)電技術(shù)的發(fā)展也受到世界各 國政府的高度重視。 自從 20 世紀(jì)

5、80 年代現(xiàn)代并網(wǎng)風(fēng)力發(fā)電機(jī)組問世以來， 隨著葉 片空氣動(dòng)力學(xué)、計(jì)算機(jī)技術(shù)、控制技術(shù)、發(fā)電機(jī)技術(shù)和新材料的發(fā)展，風(fēng)力發(fā)電技 術(shù)的發(fā)展極為迅速，單機(jī)容量從最初的數(shù)十千瓦級(jí)發(fā)展到如今的兆瓦級(jí)機(jī)組；功率 控制方式從定槳距失速控制向全葉片變距和變速控制發(fā)展；運(yùn)行可靠性從 20 世紀(jì) 80 年代初的 50提高到 98以上，并且在風(fēng)電場(chǎng)運(yùn)行的風(fēng)力發(fā)電機(jī)組全部可以實(shí) 現(xiàn)集中控制和遠(yuǎn)程控制；風(fēng)電場(chǎng)發(fā)展空間更加廣闊，已從內(nèi)陸轉(zhuǎn)移到海上。設(shè)計(jì)研究意義由于在目前技術(shù)條件下風(fēng)電與火電、水電相比，從造價(jià)、電能質(zhì)量、設(shè)備制造 和控制技術(shù)等領(lǐng)域存在劣勢(shì)， 使得風(fēng)電領(lǐng)域的理論和應(yīng)用研究工作與歐洲等發(fā)達(dá)國 家相比，仍然存在很大

6、差距。國內(nèi)對(duì)大型風(fēng)力發(fā)電技術(shù)的各項(xiàng)研究還不是很成熟， 致使我國大型風(fēng)力發(fā)電機(jī)組兒乎全部為國外進(jìn)口產(chǎn)品。這樣不僅耗費(fèi)大量外匯，風(fēng) 力發(fā)電機(jī)組的后期維護(hù)也受制他人。因此，對(duì)風(fēng)力發(fā)電機(jī)組偏航系統(tǒng)進(jìn)行科學(xué)、合 理的控制，能夠使得風(fēng)輪最大程度的捕獲風(fēng)能，發(fā)出更多的電量。同時(shí)，深入研究 風(fēng)力發(fā)電的各項(xiàng)技術(shù)對(duì)于持久開發(fā)風(fēng)能和實(shí)現(xiàn)大型先進(jìn)風(fēng)力發(fā)電機(jī)組國產(chǎn)化具有 重要意義。國內(nèi)外風(fēng)力發(fā)電概況世界風(fēng)電發(fā)展近年來，風(fēng)電發(fā)展不斷超越其預(yù)期的發(fā)展速度，而且一直保持著世界增長最快 的能源的地位。風(fēng)力發(fā)電機(jī)組容量的大型化、重量的輕型化、容量的高可靠性、高 效率、低成本將成為風(fēng)電產(chǎn)業(yè)的發(fā)展趨勢(shì)。根據(jù)全球風(fēng)能委員會(huì)報(bào)告， 20

7、05 年全世界新增風(fēng)電裝機(jī)容量 11769 兆瓦，比 上年增加 3562 兆瓦，增長 43% ；新增風(fēng)電總投資達(dá) 120 億歐元或 140 億美元。 截至 2005 年底，世界風(fēng)電裝機(jī)總?cè)萘繛?59322 兆瓦，同比上年增長 25% 。目前，已有 48 個(gè)國家頒布了支持可再生能源發(fā)展的相關(guān)法律法規(guī)， 政策法規(guī)對(duì) 風(fēng)電發(fā)展起到了至關(guān)重要的作用。而歐洲仍是風(fēng)力發(fā)電市場(chǎng)的領(lǐng)導(dǎo)者，其裝機(jī)容量 逐年增加，占全世界風(fēng)電總裝機(jī)的 69% ，約提供了歐盟近 3% 的電力消費(fèi)量。據(jù)預(yù) 測(cè)，全世界風(fēng)力發(fā)電每年以 30%左右的速度增長， 到 2020 年風(fēng)力發(fā)電將占世界電 量的 20% 。我國風(fēng)電發(fā)展我國風(fēng)能資源比

8、較豐富， 近十幾年來，對(duì)風(fēng)能資源狀況作了較深入的勘測(cè)調(diào)查， 全國可開發(fā)利用的風(fēng)能資源總量約 2.5 億 kw。東南沿海和山東、 遼寧沿海及其島嶼， 內(nèi)蒙古北部，甘肅、新疆北部以及松花江下游等地區(qū)均屬風(fēng)能資源豐富區(qū)，年平均 風(fēng)速 6m/s ，有很好的開發(fā)利用條件。這些地區(qū)中很多地方常規(guī)能源貧乏，無電 或嚴(yán)重缺電，尤其是新疆、內(nèi)蒙古的大部分草原牧區(qū)以及沿海幾千個(gè)島嶼，人口分 散，電網(wǎng)難以通達(dá)，或無電力供應(yīng)，或采用很貴的柴油發(fā)電。如果能夠充分開發(fā)地 區(qū)的風(fēng)能優(yōu)勢(shì)，則風(fēng)力發(fā)電正好可以彌補(bǔ)東南沿海經(jīng)濟(jì)發(fā)達(dá)地區(qū)電力短缺的難題， 在西北經(jīng)濟(jì)落后地區(qū)既可以提高當(dāng)?shù)厝嗣裆钏?，又可以增加就業(yè)并向經(jīng)濟(jì)發(fā)達(dá) 地區(qū)

9、賣電，提高地方經(jīng)濟(jì)發(fā)展速度。所以，風(fēng)力發(fā)電作為一種新的、安全可靠的潔 凈能源，其優(yōu)越性為越來越多的人所認(rèn)識(shí)?？墒?，由于低電壓穿越現(xiàn)象的存在，使得發(fā)出的電量不能及時(shí)并網(wǎng)，從而導(dǎo)致 風(fēng)電的發(fā)展目前陷入了一個(gè)蕭條期，而低電壓穿越問題至今沒有根本的解決方案。偏航控制系統(tǒng)功能簡介和原理偏航系統(tǒng)是風(fēng)力發(fā)電機(jī)組特有的伺服系統(tǒng)，是風(fēng)力發(fā)電機(jī)組電控系統(tǒng)必不可少 的重要組成部分。在風(fēng)力發(fā)電中，為了提高風(fēng)能利用率，風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的偏航系統(tǒng) 要具有自動(dòng)偏航的功能，即偏航系統(tǒng)要自動(dòng)準(zhǔn)確對(duì)風(fēng)。風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的偏航系統(tǒng)一 般分為主動(dòng)偏航系統(tǒng)和被動(dòng)偏航系統(tǒng)， 主動(dòng)偏航指的是采用電力或液壓拖動(dòng)來完成 對(duì)風(fēng)動(dòng)作的偏航方式；被動(dòng)偏航指

10、的是依靠風(fēng)力，通過相關(guān)機(jī)構(gòu)完成機(jī)組風(fēng)輪對(duì)風(fēng) 動(dòng)作的偏航方式，除此之外，偏航系統(tǒng)還必須具備故障檢測(cè)功能。偏航控制系統(tǒng)的功能偏航控制系統(tǒng)主要有三個(gè)功能：正常運(yùn)行時(shí)自動(dòng)對(duì)風(fēng)：當(dāng)機(jī)艙偏離風(fēng)向一定角度時(shí)，控制系統(tǒng)發(fā)出向左或者 向右調(diào)向的指令，機(jī)艙開始對(duì)風(fēng)，知道達(dá)到允許的范圍內(nèi)，自動(dòng)對(duì)風(fēng)停止；繞纜時(shí)自動(dòng)解纜：當(dāng)機(jī)艙向同一方向累計(jì)偏轉(zhuǎn)達(dá)到一定的角度時(shí)，系統(tǒng)控制 停機(jī)，或者此時(shí)報(bào)告扭纜故障，機(jī)組自動(dòng)停機(jī)，等待工作人員來手動(dòng)解纜；失速保護(hù)時(shí)偏離風(fēng)向：當(dāng)有特大強(qiáng)風(fēng)發(fā)生時(shí)，機(jī)組自動(dòng)停機(jī)，釋放葉尖，背 風(fēng)，以達(dá)到保護(hù)風(fēng)輪免受損壞的目的。風(fēng)力發(fā)電機(jī)組偏航控制原理 本文風(fēng)力機(jī)偏航的工作原理是：通過風(fēng)傳感器檢測(cè)風(fēng)向，并將檢

11、測(cè)到的風(fēng)向信 號(hào)送到微處理器三菱 PLC中，微處理器 PLC計(jì)算出風(fēng)向信號(hào)與機(jī)艙位置的夾角，從 而確定是否需要調(diào)整機(jī)艙方向以及朝哪個(gè)方向調(diào)整能盡快對(duì)準(zhǔn)風(fēng)向。當(dāng)需要調(diào)整方 向時(shí)，微處理器 PLC發(fā)出一定的信號(hào)給偏航驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)，以調(diào)整機(jī)艙的方向， 從而達(dá)到對(duì)準(zhǔn)風(fēng)向的目的。為了減少偏航時(shí)的陀螺力矩，電機(jī)轉(zhuǎn)速將通過同軸 連接的減速器減速后，將偏航力矩作用在回轉(zhuǎn)體大齒輪上，帶動(dòng)風(fēng)輪偏航對(duì)風(fēng)，當(dāng) 對(duì)風(fēng)結(jié)束后，風(fēng)向標(biāo)失去電信號(hào)，偏航電機(jī)停止轉(zhuǎn)動(dòng)，偏航過程結(jié)束。其具體偏航 過程控制原理如下圖 2-1 所示 :3圖 2-1 偏航控制原理框圖本系統(tǒng)采用三菱 PLC作為控制器，實(shí)行閉環(huán)控制， 用觸摸屏作為人機(jī)界面設(shè)備

12、， 對(duì)整個(gè)系統(tǒng)有監(jiān)督控制功能。本系統(tǒng)還可將風(fēng)力發(fā)電機(jī)組中的普通三相交流偏航電機(jī)換成步進(jìn)電機(jī)，相對(duì)普 通電機(jī)來說，它可以實(shí)現(xiàn)開環(huán)控制，提高偏航控制的精度，即通過驅(qū)動(dòng)器信號(hào)輸入 端輸入的脈沖數(shù)量和頻率實(shí)現(xiàn)步進(jìn)電機(jī)的角度和位移控制，無需反饋信號(hào)。但是步 進(jìn)電機(jī)不適合使用在長時(shí)間同方向運(yùn)轉(zhuǎn)的情況，容易燒壞產(chǎn)品，即使用時(shí)通常都是 短距離頻繁動(dòng)作較佳， 工作效率較低。 開環(huán)控制系統(tǒng)的優(yōu)點(diǎn)是結(jié)構(gòu)簡單， 比較經(jīng)濟(jì)。 缺點(diǎn)是它無法消除干擾所帶來的誤差。 而在閉環(huán)控制系統(tǒng)中， 不管出于什么原因 （外 部擾動(dòng)或系統(tǒng)內(nèi)部變化），只要被控制量偏離規(guī)定值，信息就能及時(shí)反饋給微處理 器，產(chǎn)生相應(yīng)的控制指令去消除偏差。因此，

13、它具有抑制干擾的能力，能夠更好的 檢測(cè)執(zhí)行器的過程，對(duì)元件特性變化不敏感，并能改善系統(tǒng)的響應(yīng)特性。但反饋回 路的引入增加了系統(tǒng)的復(fù)雜性，而且增益選擇不當(dāng)時(shí)會(huì)引起系統(tǒng)的不穩(wěn)定。為提高 控制精度，在擾動(dòng)變量可以測(cè)量時(shí)，也常同時(shí)采用按擾動(dòng)的控制（即前饋控制）作 為反饋控制的補(bǔ)充而構(gòu)成復(fù)合控制系統(tǒng)。除此之外，系統(tǒng)的主要硬件還包括：風(fēng)向傳感器，偏航驅(qū)動(dòng)電機(jī)等。它們的外 觀分別如下圖 2-2 和 2-3 所示：圖 2-2 帶有避雷裝置的風(fēng)向傳感器圖 2-3 偏航驅(qū)動(dòng)裝置其中，風(fēng)向傳感器采用絕對(duì)式傳感器，絕對(duì)式風(fēng)向傳感器一般由風(fēng)向標(biāo)和旋轉(zhuǎn) 編碼盤組成，風(fēng)向標(biāo)可隨風(fēng)自由轉(zhuǎn)動(dòng)，其方向與風(fēng)向一致，旋轉(zhuǎn)編碼盤安裝在

14、風(fēng)向 標(biāo)的轉(zhuǎn)軸上，風(fēng)向標(biāo)轉(zhuǎn)動(dòng)帶動(dòng)旋轉(zhuǎn)編碼盤軸轉(zhuǎn)動(dòng)，當(dāng)編碼盤處于不同的位置時(shí)，就 會(huì)輸出不同的風(fēng)向。偏航系統(tǒng)的控制過程為了實(shí)現(xiàn)這樣的伺服控制，首先要對(duì)整個(gè)偏航系統(tǒng)的控制過程進(jìn)行分析。偏航 系統(tǒng)的控制過程可以分為： 風(fēng)向標(biāo)控制的自動(dòng)偏航， 人工偏航，風(fēng)向標(biāo)控制的 90 度 側(cè)風(fēng)，自動(dòng)解纜。自動(dòng)偏航控制該過程是通過風(fēng)向傳感器輸出信號(hào)，由 PLC判斷偏航情況，并給出偏航控制。 風(fēng)向是隨機(jī)的，為了使風(fēng)力發(fā)電機(jī)吸收的功率最大，發(fā)揮最大效能，機(jī)艙必須準(zhǔn)確 對(duì)風(fēng)；因此必須使葉輪法線方向與風(fēng)向基本一致。當(dāng)風(fēng)向改變，超過允許誤差范圍 時(shí)，系統(tǒng) PLC發(fā)出自動(dòng)偏航指令， 傳感器和偏航電機(jī)組成的對(duì)風(fēng)系統(tǒng)執(zhí)行校正動(dòng)作，

15、 使機(jī)艙準(zhǔn)確對(duì)風(fēng)。在實(shí)際的偏航控制中，帶有解纜傳感器的自動(dòng)偏航控制過程分析：連續(xù)一段時(shí) 間檢測(cè)風(fēng)向情況；根據(jù)自動(dòng)偏航風(fēng)向標(biāo)傳感器ASS 信號(hào)給出偏航控制指令。當(dāng)ASS=00 時(shí)，表明機(jī)艙已處于對(duì)風(fēng)位置；若 ASS=11，則表明進(jìn)行的是鈍角偏航，為 了有效地防止電纜纏繞，讀上次鈍角偏航方向并取其反方向，記錄此次偏航方向； 若 ASS=01， 設(shè)置偏航電機(jī)正轉(zhuǎn)，若 ASS 10，設(shè)置偏航電機(jī)反轉(zhuǎn)；偏航電機(jī)工作 后啟動(dòng)偏航計(jì)時(shí)器計(jì)時(shí)，控制偏航電機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)一定時(shí)間，再判斷 ASS 是否為 00，若 ASS=00，表明機(jī)艙已對(duì)風(fēng)， 否則判斷計(jì)時(shí)時(shí)間是否超過偏轉(zhuǎn) 360 所需時(shí)間， 若計(jì) 時(shí)時(shí)間超過偏轉(zhuǎn) 36

16、0 度所需時(shí)間偏航電機(jī)仍未停止工作， 則停止偏航， 向中心控制 器發(fā)出安全停機(jī)信號(hào)和風(fēng)向標(biāo)故障信號(hào)。 若 ASS00，偏航計(jì)時(shí)時(shí)間不超過偏轉(zhuǎn) 360 度所需時(shí)間時(shí)， 控制偏航電機(jī)繼續(xù)運(yùn)轉(zhuǎn)， 直到 ASS=00，向中心控制器 PLC發(fā)出自動(dòng) 偏航完成信號(hào)并復(fù)位自動(dòng)偏航標(biāo)志位。自動(dòng)偏航傳感器 ASS 狀態(tài)圖 3-1 自動(dòng)偏航傳感器狀態(tài)示意圖（虛線表示風(fēng)向標(biāo) 0 度位置）參數(shù)說明和電機(jī)運(yùn)行狀態(tài)表 3-1 自動(dòng)偏航傳感器 ASS 參數(shù)說明和電機(jī)運(yùn)行狀態(tài)ASS設(shè)置電機(jī)狀態(tài)00已對(duì)風(fēng)（在偏航精度內(nèi)）停止01銳角偏航偏航電機(jī)正轉(zhuǎn)10銳角偏航偏航電機(jī)反轉(zhuǎn)11鈍角偏航視上次偏航情況偏航控制流程圖圖 3-2 偏航

17、控制流程圖偏航電機(jī)電氣連接原理圖圖 3-3 偏航電機(jī)電氣連接原理圖偏航對(duì)風(fēng)控制 PLC程序圖 3-4 自動(dòng)偏航控制梯形圖90 側(cè)風(fēng)控制在出現(xiàn)特大強(qiáng)風(fēng)， 遭遇切出風(fēng)速以上的大風(fēng)暴時(shí)， 控制系統(tǒng)對(duì)機(jī)艙作 90側(cè)風(fēng) 處理。由于 90側(cè)風(fēng)是在外界環(huán)境對(duì)風(fēng)電機(jī)組有較大影響的情況下 （例如出現(xiàn)特大 強(qiáng)風(fēng)），為了保證風(fēng)電機(jī)組的安全所實(shí)施的措施，所以在 90側(cè)風(fēng)時(shí)，應(yīng)當(dāng)使機(jī)艙7 走最短路徑，且屏蔽自動(dòng)偏航指令；在側(cè)風(fēng)結(jié)束后應(yīng)當(dāng)抱緊偏航閘，同時(shí)當(dāng)風(fēng)向變 化時(shí)，繼續(xù)追蹤風(fēng)向的變化，確保風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的安全?？刂七^程如下：根據(jù) 90側(cè)風(fēng)風(fēng)向標(biāo)傳感器 DSS的信號(hào)，當(dāng) DSS=00時(shí)，表明機(jī)艙已處于 90 側(cè)風(fēng)位置；再

18、判斷 DSS是否為 10，若 DSS=10，為了使機(jī)艙走最短路徑，設(shè)置偏航 電機(jī)反轉(zhuǎn)；若 DSS=11，設(shè)置偏航電機(jī)正轉(zhuǎn)；此時(shí)啟動(dòng)偏航計(jì)時(shí)器開始計(jì)時(shí)?？刂破?航電機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)一定時(shí)間，再判斷 DSS是否為 00，若 DSS=0，表明機(jī)艙已 90側(cè)風(fēng)，否 則判斷計(jì)時(shí)時(shí)間是否超過偏轉(zhuǎn) 360所需時(shí)間，若計(jì)時(shí)時(shí)間超過偏轉(zhuǎn) 360所需時(shí) 間且偏航電機(jī)仍未停止工作，則停止偏航，向中心控制器 PLC發(fā)出安全停機(jī)信號(hào)和 風(fēng)向標(biāo)故障信號(hào)。若 DSS 0，偏航計(jì)時(shí)時(shí)間不超過偏轉(zhuǎn) 360所需時(shí)間時(shí)，控制偏 航電機(jī)繼續(xù)運(yùn)轉(zhuǎn)，直到 DSS=00，向中心控制器 PLC發(fā)出 90側(cè)風(fēng)完成信號(hào)并復(fù)位 90側(cè)風(fēng)標(biāo)志位。 DSS的參

19、數(shù)說明如圖 3-5 所示：圖 3-5 度側(cè)風(fēng)風(fēng)向標(biāo)傳感器 DSS 參數(shù)說明人工偏航控制人工偏航是指在自動(dòng)偏航失敗、人工解纜或者是在需要維修時(shí)，通過人工指令 來進(jìn)行的風(fēng)力發(fā)電機(jī)偏航措施。人工偏航控制過程如下 : 首先檢測(cè)人工偏航起停信號(hào)。若此時(shí)有人工偏航信號(hào) 再檢測(cè)此時(shí)系統(tǒng)是否正在進(jìn)行偏航操作。若此時(shí)系統(tǒng)無偏航操作，封鎖自動(dòng)偏航操 作，若系統(tǒng)此時(shí)正在進(jìn)行偏航，清除自動(dòng)偏航控制標(biāo)志；然后讀取人工偏航方向信 號(hào)，判斷與上次人工偏航方向是否一致，若一致，松偏航閘，控制偏航電機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)， 執(zhí)行人工偏航；若不一致，停止偏航電機(jī)工作，保持偏航閘為松閘狀態(tài)，向相反方 向進(jìn)行運(yùn)轉(zhuǎn)并記錄轉(zhuǎn)向，直到檢測(cè)到相應(yīng)的人工偏航

20、停止信號(hào)出現(xiàn)，停止偏航電機(jī) 工作，抱閘，清除人工偏航標(biāo)志。自動(dòng)解纜控制自然界中的風(fēng)是一種不穩(wěn)定的資源，它的速度與風(fēng)向是不定的。由于風(fēng)向的不 確定性，風(fēng)力發(fā)電機(jī)就需要經(jīng)常偏航對(duì)風(fēng)，而且偏航的方向也是不確定的，由此引 起的后果是電纜會(huì)隨風(fēng)力發(fā)電機(jī)的轉(zhuǎn)動(dòng)而扭轉(zhuǎn)。如果風(fēng)力發(fā)電機(jī)多次向同一方向轉(zhuǎn) 動(dòng)，就會(huì)造成電纜纏繞，絞死，甚至絞斷，因此必須設(shè)法解纜。不同的風(fēng)力發(fā)電機(jī) 需要解纜時(shí)的纏繞圈數(shù)都有其規(guī)定。 當(dāng)達(dá)到其規(guī)定的解纜圈數(shù)時(shí)， 系統(tǒng)應(yīng)自動(dòng)解纜， 此時(shí)啟動(dòng)偏航電機(jī)向相反方向轉(zhuǎn)動(dòng)纏繞圈數(shù)解纜，將機(jī)艙返回電纜無纏繞位置。若 因故障， 自動(dòng)解纜未起作用，風(fēng)力發(fā)電機(jī)也規(guī)定了一個(gè)極值圈數(shù)，在紐纜達(dá)到極 值圈數(shù)左右

21、時(shí)，紐纜開關(guān)動(dòng)作，報(bào)紐纜故障，停機(jī)等待人工解纜。在自動(dòng)解纜過程 中，必須屏蔽自動(dòng)偏航動(dòng)作。自動(dòng)解纜包括 PLC控制的凸輪自動(dòng)解纜和紐纜開關(guān)控制的安全鏈動(dòng)作 PLC報(bào)警 兩部分，以保證風(fēng)電機(jī)組安全。凸輪控制的自動(dòng)解纜過程如下 :圖 3-6 凸輪位置微調(diào)根據(jù)角度傳感器 CW和 CCW所 記錄的偏轉(zhuǎn)角度情況，確定順時(shí)針解纜還是逆時(shí)針解纜。首先松偏航閘，封鎖傳感器故障的報(bào)告，當(dāng)需要解纜且記錄CW 為1 時(shí)，控制偏轉(zhuǎn)電機(jī)正轉(zhuǎn)，當(dāng)需要解纜且記錄 CCW為 1 時(shí)，控制偏轉(zhuǎn)電機(jī)反轉(zhuǎn)。在此過程 中同時(shí)檢測(cè)偏航中心傳感器信號(hào)，直到偏航傳感器中心信號(hào)為0，則結(jié)束解纜；此時(shí)停止偏航電機(jī)工作，系統(tǒng)處于待機(jī)狀態(tài)，向中心

22、控制器發(fā)出自動(dòng)解纜完成信號(hào)。 紐纜開關(guān)控制的安全鏈保護(hù)；若凸輪控制的自動(dòng)解纜未能執(zhí)行，則紐纜情況可能會(huì) 更加嚴(yán)重，當(dāng)紐纜達(dá)到極值圈數(shù)時(shí)（比如設(shè)定 3 圈），紐纜開關(guān)將動(dòng)作，此開關(guān)動(dòng) 作將會(huì)觸發(fā)安全鏈動(dòng)作，向中心控制器發(fā)出緊急停機(jī)信號(hào)和不可自復(fù)故障信號(hào)，等 待進(jìn)行人工解纜操作。自動(dòng)解纜控制梯形圖如圖 3-7 所示：圖 3-7 自動(dòng)解纜控制梯形圖4 總結(jié)能源、環(huán)境是當(dāng)今人類生存和發(fā)展所要解決的緊迫問題。風(fēng)力發(fā)電作為一種可 持續(xù)發(fā)展的新能源，己經(jīng)成為當(dāng)今社會(huì)發(fā)展必不可少的條件。它不僅可以節(jié)約常規(guī) 能源，而且減少環(huán)境污染。因此，控制技術(shù)是機(jī)組安全高效運(yùn)行的關(guān)鍵。偏航控制系統(tǒng)作為水平軸風(fēng)力發(fā)電機(jī)組控制系

23、統(tǒng)的重要組成部分，由于在目前 技術(shù)條件下風(fēng)電與火電、水電相比，從造價(jià)、電能質(zhì)量、設(shè)備制造和控制技術(shù)等領(lǐng) 域存在劣勢(shì)，使得風(fēng)電領(lǐng)域的理論和應(yīng)用研究工作與西方發(fā)達(dá)國家存在很大差距。 國內(nèi)對(duì)大型風(fēng)力發(fā)電技術(shù)的各項(xiàng)研究還十分薄弱。偏航系統(tǒng)作為風(fēng)力發(fā)電機(jī)組特有 的伺服系統(tǒng)，它能使風(fēng)能得到更好的利用，所以偏航系統(tǒng)的設(shè)計(jì)非常的重要。本課題的主要目的是對(duì)風(fēng)力機(jī)偏航系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與控制。首先對(duì)風(fēng)力發(fā)電機(jī)組系 統(tǒng)的基本組成分別做了簡要的介紹，并對(duì)系統(tǒng)的主要部分進(jìn)行了功能分析。然后給 出了偏航控制系統(tǒng)的控制機(jī)構(gòu)和驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)的組成以及各部分的功能、工作原理。最 后為了實(shí)現(xiàn)偏航系統(tǒng)的伺服控制，分析了偏航控制的幾個(gè)過程：風(fēng)向標(biāo)控制的自動(dòng) 偏航，人工偏航，風(fēng)向標(biāo)控制的 90側(cè)風(fēng)，自動(dòng)解纜；同時(shí)給出了部分控制過程的 流程圖及梯形圖。105 參考文獻(xiàn)李勇東中國風(fēng)力發(fā)電的發(fā)展現(xiàn)狀和前景 J 電氣時(shí)代， 2007(3) ：1620岑海堂，薛正福大型風(fēng)電