基于PLC的风力发电机主控系统设计的课件

1、基于PLC的风力发电机主控系统设计 2022/8/131目录1：风力发电的意义2：我国风力发电的发展状况1：风力发电主控系统工作原理2：偏航控制原理3：偏航控制机构1：偏航控制系统过程分析2：偏航控制系统硬件设计3:偏航控制系统软件设计结论一：风力发电的意义与发展状况二：风力发电主控系统三：偏航控制系统设计及结果分析2022/8/132风力发电的意义可以提供经济发展的能源需求可以减少温室气体的排放可以提高能源的利用效率可以增加就业机率，也可以减轻社会的负担由此可见：风力发电的发展意义非常重大，既减少了对石油、煤等化石类能源的依赖，也减少了社会的环境污染；还能增加创造的就业，提高部分地区经济的快

2、速增长。风力发电是社会成熟的、效率的最为有用的能源转化技术之一，且具有无可比拟的优势。2022/8/133我国风力发电的发展状况中国地域广阔，风能资源非常丰富。尤其是对于风能技术的可开发量，据中国气象科学研究院的保守估算，全国陆地可开发利用风能大约2.53亿千瓦（依据陆地面积以上10m高度的风力资料来计算），海上的可开发利用风能约7.5亿千瓦，总计约10亿千瓦。据国际研究机构的初步预算，其中不包括新疆、西藏等一些西部的地区，我国风能密度在299W/m平方以上的陆地已超过65万平方公里，这些地方可以安装风力发电机，安装风力发电机37亿千瓦的发电设备;风能密度在420W/m平方以上的陆地面积更是超

3、过了28万平方公里，可以安装14亿千瓦的发电设备。假如考虑海上，我国的风力发电技术可能将会超过20亿千瓦。2022/8/134风力发电机一般是由叶片、增速齿轮箱、发电机、偏航装置、变桨距装置、塔架及控制系统等主要部分所组成。 本次设计主要是针对偏航系统的控制来进行的。偏航系统是风力发电机组控制系统的重要组成部分。它有两个功能：首先是使风力发电机组的控制系统相互配合，来保证风轮处于迎风状态；其次是当风力发电机组由于偏航作用，机舱内引出的电缆发生缠绕，可以自动解除缠绕。风力发电主控系统2022/8/135偏航系统控制原理 风向标是一种感应元件，它可以感应到风向，首先，当有风时，并且风向产生变化时，

4、风向的变化就会产生一种信号，而风向标就会把这种风向变化信号转换为电信号并且传递到偏航电机控制回路处理器中，而偏航电机控制回路处理器就会比较风向标传送过来的电信号，当发现它们不一致时，偏航电机控制回路处理器就给偏航电机发出正确的偏航指令。当对风结束后，风向标将会失去电信号，电机就会停止转动，偏航过程结束。2022/8/136偏航系统是一种高效的控制系统，它在偏航过程中，风力机具是有识别功能，它总能找到最短路径，使机舱转过相应角度，以对准风向，这样做具有非常重要的意义，因为这样做就非常简单的解决了电机的起动和转向问题，使电机可以用最少的能量就完成了偏航任务，从而提高发电效率。当然为了确定电机的正确

5、转向，从而使风力机转过最小路径就能完成偏航任务，我们就必须弄清偏航角度与风向角度和风力机叶轮角度（也就是机舱角度）之间的相对关系。例如，我们拿水平轴风力机来举例，因为风向是不断变化的，所以它会从正反两面吹向风力机叶轮，我们首先得设定叶轮的垂直方向为法线方向，是风向于法线方向的夹角，又因为风可能会从不同的方向吹过来，所以风向夹角（风向与法线的夹角）可能会有变化。当然前提是法线固定，所以我们必须固定迎风面法线为固定法线。2022/8/137对于风向角的两种情况，我们分别来讨论：2022/8/138偏航控制机构风向传感器 需要说明的是风力机上安装的风向、风速计与气象和气候分析所用的测风设备不同有一些

6、区别。具体有以下两个方面： （1）因为只用于控制偏航系统的工作，并不用于风向、风速的精确计量，因此通常精度较低。 （2）风向仪安装在机舱顶部随机舱一起转动，因此只能测量出机舱与来风方向的大致角度，以判断从哪个方向偏航对风，并不能检测出风的实际方向。因此风力机上所使用的风向仪和测风装置上的风向仪在结构和原理上有很大区别。2022/8/139主要使用的风向仪的结构与原理图2022/8/1310自动偏航 为了使风力发电机吸收的功率最大，发挥最大效能，机舱必须准确对风；因此必须使叶轮法线方向与风向基本一致。当风向改变，超过允许误差范围时，系统计算机发出自动偏航指令，传感器和偏航电机组成的对风系统执行校

7、正动作，使机舱准确对风。在实际的偏航控制中，带有解缆传感器的自动偏航控制过程分析：连续一段时间检测风向情况；根据自动偏航风向标传感器ASS信号给出偏航控制指令。当ASS=00时，表明机舱己处于对风位置；若ASS=11，则表明进行的是钝角偏航，为了有效地防止电缆缠绕，读上次钝角偏航方向并取其反方向，记录此次偏航方向；若ASS=01，设置偏航电机正转，若ASS10，设置偏航电机反转；偏航电机工作后启动偏航计时器计时，控制偏航电机运转一定时间，再判断ASS是否为00，若ASS=00，表明机舱已对风，否则判断计时时间是否超过偏转360度所需时间，若计时时间超过偏转360度所需时间偏航电机仍未停止工作，

8、则停止偏航，向中心控制器发出安全停机信号和风向标故障信号。若ASS11，偏航计时时间不超过偏转360度所需时间时，控制偏航电机继续运转，直到ASS=00，向中心控制器发出自动偏航完成信号并复位自动偏航标志位。自动偏航传感器ASS状态示意图，如图3.1所示，参数说明和电机运行状态如表3.2所示。 偏航系统控制过程分析2022/8/1311图3.1 自动偏航传感器状态示意图（虚线表示风向标0度位置）表3.2 自动偏航传感器ASS说明和电机运行状态2022/8/1312偏航控制系统硬件设计 偏航系统的硬件主要有:偏航电机、纽缆开关、风速风向传感器、PLC。各部分的功能： 偏航电机：可以调整机舱叶片的

9、角度，使它对准风吹来的方向。纽缆开关：用于反馈信号。风速风向传感器：可以把风速、风向信号自动处理为电信号，并且将处理后的电信号传送到PLC中。2022/8/1313偏航控制系统设计各组成器件简介、选型及原理偏航控制系统设计的组成器件有五种，分别为：风速仪、风向标、偏航电机、纽缆开关、PLC。风速仪：INT 10；风向标：INT 30；偏航电机：1.5MW机组，偏航电机采用2.85KW380V的三相电机，额定转速1460rpm；纽缆开关：德国易福门电子FRB8E1NK，供电电源是：1025VDC，200mA。PLC：型号是西门子S7-200模拟量扩展模块为EM235；2022/8/1314202

10、2/8/1315 偏航控制系统软件设计流程图2022/8/1316偏航控制系统输出控制结果一般情况下，风电机会处于自动偏航状态，它会自动调节风向与机舱位置夹角当机舱向相同的方向转动2周时，控制系统会进行自动解缆控制，这样就避免了器件的损坏和电缆的绞死。2022/8/1317结论 风能，它作为一种可再生的“绿色能源”已经越来越受到世界上各个国家的重视。对于风力发电系统来说，它是一种典型的机电一体化技术控制系统，它还涉及到到空气动力学、物理学、力学、材料科学等相关科学和领域，我们开展风力发电技术的研究是具有非常深远的意义的。伴随着可再生能源法在我国的正式启动与实施，可再生能源法肯定会促进我国风力发电事业的蓬勃发展。对于在中国能源与环境形势相当严峻的情况，为了促进可再生能源的稳定发展，使可再生能源在能源结构中占有重要地位，有效减缓矿物燃料带来的环境污染问题，促进我国经济的可持续发展。所以风力发电的经济效益是巨大的。目前，研究人员对风力发电的研究主要限于电气方面的研究，并为风力发电机组主机械零件很少涉及。本文是对风力发电机组偏航控制系统的机械部分进行了研究。对于风力发电机组偏航系统，本