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1、摘 要本文介绍了风力机的偏航控制机构、驱动机构的基础上，采用PLC作为主控单元，设计了风电机组的偏航控制系统。系统根据风向、风速传感器采集的数据，采取逻辑控制主动对风，实现了对风过程可控。论文给出了基于风向标、风速仪的偏航控制系统的软硬件设计结果。关键词：目 录第1章 绪论21.1 课题的背景和意义21.2 国内风力发电的发展3第2章 风力发电机组系统组成及功能简介52.1 风力机桨叶系统52.2 风力机齿轮箱系统62.3 发电机系统72.4 偏航系统82.6 刹车系统82.8 控制系统8第3章 偏航控制系统功能和原理103.1 偏航控制机构103.1.1 风向传感器103.1.2 偏航控制器
2、123.1.3 解缆传感器123.2 偏航驱动机构133.2.2 偏航驱动装置153.2.3 偏航制动器16第4章 偏航控制系统设计及结果分析184.1 偏航系统控制过程分析184.1.1 自动偏航184.1.2 90度侧风控制194.1.3 人工偏航控制204.1.4 自动解缆204.1.5 阻尼刹车214.2 偏航控制系统总体设计结构与思想224.3 偏航控制系统设计各组成器件简介、选型及原理22总结与展望23参考文献24致谢24 第1章 绪论1.2 国内风力发电的发展在中国，风能资源丰富的地区主要集中在北部、西北和东北的草原、戈壁滩以及东部、东南部的沿海地带和岛屿上。这些地区缺少煤炭及其
3、他常规能源，并且冬春季节风速高，雨水少；夏季风速小，降雨多，风能和水能具有非常好的季节补偿。另外在中国内陆地区，由于特殊的地理条件，有些地区具有丰富的风能资源，适合发展风电，比如江西省都阳湖地区以及湖北省通山地区。目前我国的风能利用方面与国际水平还有一定差距，但是发展很快，无论在发展规模上还是发展水平上，都有很大提高。新华社报道，截至2006 年10 月，内蒙古自治区克什克腾旗的风电装机容量达80160 千瓦，占全国风电装机总容量的10.54%，年发电量达1.6 亿千瓦时。克什克腾旗风能资源十分丰富。自1999 年首批2 台单机600 千瓦风机投入运行以来，到2005 年由大唐集团公司投资3.
4、5 亿元兴建的塞罕坝一期36 台单机850 千瓦风电机组投入运营，克什克腾旗规划的5 个风电场已建成了4 个，共装风机109 台。中国 2004 年电力新投产的装机容量破世界纪录，但同时全国却仍然发生大范围拉闸限电现象。形成这种巨大反差的基本原因是，快速增长的电力供给赶不上更快速增长的电力需求。沿海发达地区和西北地区都是我国风能资源分布的丰富区。如果能够充分开发地区的风能优势则风力发电正好可以弥补东南沿海经济发达地区电力短缺的难题，在西北经济落后地区既可以提高当地人民生活水平，有可以增加就业并向经济发达地区卖电，提高地方经济发展速度。第2章 风力发电机组系统组成及功能简介图2.1 风力发电机组
5、结构总图 2.1 风力机桨叶系统2.2 风力机齿轮箱系统 2.3 发电机系统图2.2 双馈异步感应发电机系统结构图2.4 偏航系统2.6 刹车系统2.8 控制系统 图2.3 控制系统结构图第3章 偏航控制系统功能和原理3.1 偏航控制机构3.1.1 风向传感器图3.1 风向传感器原理图3.1.2 偏航控制器3.1.3 解缆传感器3.2 偏航驱动机构3.2.1 偏航轴承 a）外齿驱动形式的偏航 b）内齿驱动形式的偏航系统图3.2 偏航系统结构简图 a）外齿形式 b）内齿形式图3.3 偏航齿圈结构简图3.2.2 偏航驱动装置 图3.4 偏航减速齿轮3.2.3 偏航制动器图3.5 偏航制动器结构图第
6、4章 偏航控制系统设计及结果分析4.1 偏航系统控制过程分析4.1.1 自动偏航图4-2 自动偏航传感器状态示意图（双箭头线表示风向标0 度位置）表4-1 自动偏航传感器ASS 参数说明和电机运行状态表ASS设置电机状态00已对风（在偏航精度内）停止01锐角偏航偏航电机正转10锐角偏航偏航电机反转11钝角偏航视上次偏航情况4.1.2 90度侧风控制4.1.3 人工偏航控制4.1.4 自动解缆4.1.5 阻尼刹车4.2 偏航控制系统总体设计结构与思想系统的硬件主要有:偏航电机，纽缆开关，风速仪，风向标，s7200-cpu224各部分的功能：偏航电机：为风力发电系统中风机对风及解缆的执行机构,使风
7、机随着风向的变化而转动，对准风向。接近开关：偏航电机运行的速度位置反馈信号。风速风向传感器：将风速、风向信号转换成420mA的电流信号传给PLC。PLC：它是兆瓦机组的中央处理单元。接收绝对正北方向信号、风向风速信号和接近开关传给它的风机所处的实际位置,经过逻辑处理，把精确的控制命令传给执行机构即偏航电机。硬件框图如图4.3所示。图4.3 硬件框图4.3 偏航控制系统设计各组成器件简介、选型及原理总结与展望一、 全文总结二、展望参考文献1叶杭冶.风力发电机组的控制技术M，北京：机械工业出版社，2002，45-78.2苏绍禹.风力发电机设计及运行维护M，北京：中国电力出版社，2003，130-190.3徐蒲荣.大型风电场及风电机组的控制系统M，电气传动自动化，2003，100-145.4李勇东.中国风力发电的发展现状和前景J，电气时代，2006，16-20.5魏毅立.变桨距调速风力发电机组控制系统研究及应用D，北京：科技大学博士学位论文，2004.6徐德.诸静.风力发电机风向随动控制系统J，太阳能学报，2000年第5期.7李守好.风力发电装置刹车系统及偏航系统智能控制研究 M，西安： 西安电子科技大学，2005，98-154.8陈实.MW级风力发电系统单机电气控制技术研究无功补偿和偏航控制系统 M， 南京航空航天大学，2004，78-143.
