風(fēng)電機(jī)偏航系統(tǒng)設(shè)計(jì)畢業(yè)論文

摘  要
風(fēng)能是綠色能源。風(fēng)力發(fā)電在解決能源和環(huán)境問題上的積極意義，正在世界范圍內(nèi)得到快速發(fā)展，成為當(dāng)今世界增長速度最快的能源，我國在風(fēng)力發(fā)電上的投入和研究也正進(jìn)入一個(gè)快速發(fā)展的時(shí)期。為提高風(fēng)能的利用效率和機(jī)械壽命，風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的研究工作在世界各地廣泛的開展，各種有效的風(fēng)力發(fā)電機(jī)組控制策略、算法被提出，但多集中于槳葉控制、發(fā)電機(jī)控制與并網(wǎng)控制，偏航控制未能取得有效的發(fā)展。針對這方面的問題，本論文展開了相應(yīng)的設(shè)計(jì)。
在設(shè)計(jì)過程主控制器選用了德國beckhoff的軟PLC，文中對其硬件模塊的組態(tài)和編程環(huán)境TwinCAT以及現(xiàn)場通訊協(xié)議Profibus-DP做了詳細(xì)介紹和設(shè)計(jì)說明。偏航電機(jī)的控制選用了西門子G120變頻器實(shí)現(xiàn)了變頻調(diào)速，在惡劣環(huán)境下減小了偏航系統(tǒng)的振動(dòng)。運(yùn)用TwinCAT編程軟件對偏航系統(tǒng)的四個(gè)部分：自動(dòng)偏航、自動(dòng)解纜、自動(dòng)潤滑、人工偏航的程序進(jìn)行了編寫。最后，在個(gè)人計(jì)算機(jī)進(jìn)行了編譯、下載和運(yùn)行，在聯(lián)機(jī)模式下，通過TwinCAT實(shí)時(shí)可視化的畫面對各種狀態(tài)進(jìn)行了模擬運(yùn)行，該偏航系統(tǒng)在各種狀態(tài)下呈現(xiàn)出很好的控制效果。

關(guān)鍵詞：風(fēng)力發(fā)電；偏航控制系統(tǒng)；軟PLC
 
THE DESIGN OF THE YAW
CONTROL SYSTEM FOR WIND TURBINE
Abstract
Wind energy is a green energy.Wind power generation rapidly develop all over the world because it is beneficial to energy developing and environment improving.Wind power will fleetly develop in China,too.For the sake of improving the efficiency of wind energy and increasing the life of the mechanical part,all kinds of research for Wind Turbine Generator System will widely develop in many countries,many kinds of control arithmetic and strategy for Wind Turbine Generator System have been advanced.But mass of them focused on blades control,power generation control and merging control,the technology for yaw system wasn’t still developed for a long time.Therefore,aim at this subject,related research and design will be reported in this thesis.
Master controller used the German beckhoff soft PLC in the design process, Paper, the hardware modules to their configuration and programming environment TwinCAT and PROFIBUS-DP communication protocol site a detailed description and design specification. Electric motor control yaw selected Siemens G120 frequency converter frequency control in harsh environments reduces the yaw system vibration. TwinCAT programming software using the four parts of the yaw system: automatic yaw, automatic Cable release automatic lubrication, artificial yaw program was written. Finally, in the personal computer to compile, download and run, in online mode, real-time visualization by TwinCAT picture of the various state simulation run, the yaw system in various states shows good control effect.

Key words: Wind Power Generation; Yaw Control System; soft PLC
目  錄
摘  要 I
Abstract II
第一章 緒論 1
1.1 選題的背景與意義 1
1.2 國內(nèi)外風(fēng)電發(fā)展的概況 1
1.2.1 世界風(fēng)電的發(fā)展 2
1.2.2 中國風(fēng)電的發(fā)展 3
1.3 風(fēng)力發(fā)電機(jī)組控制技術(shù)的發(fā)展概況 4
1.4小結(jié) 5
第二章 風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)基本組成及功能簡介 6
2.1 風(fēng)力機(jī)的工作原理 6
2.1.1 風(fēng)力機(jī)的分類 6
2.1.2 風(fēng)力機(jī)的氣動(dòng)基礎(chǔ) 7
2.2風(fēng)力發(fā)電機(jī)組系統(tǒng)基本組成 7
2.3.1風(fēng)力機(jī)槳葉系統(tǒng) 7
2.3.2 風(fēng)力機(jī)發(fā)電機(jī)系統(tǒng) 8
2.3.3控制系統(tǒng) 8
2.3.4制動(dòng)系統(tǒng) 9
2.2小結(jié) 9
第三章 偏航系統(tǒng)功能及技術(shù)要求 10
3.1偏航控制系統(tǒng)的功能 10
3.1.1自動(dòng)偏航 10
3.1.2 自動(dòng)解纜 10
3.1.3 自動(dòng)潤滑 11
3.1.4人工偏航 11
3.2 偏航系統(tǒng)的技術(shù)要求 11
3.2.1 環(huán)境條件 11
3.2.2 阻尼 11
3.2.3 解纜、扭纜保護(hù) 11
3.2.5 偏航轉(zhuǎn)速 12
3.2.6潤滑 12
3.4小結(jié) 12
第四章 偏航控制系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)及選型 13
4.1偏航檢測機(jī)構(gòu) 13
4.1.1風(fēng)向傳感器 13
4.1.2機(jī)艙位置傳感器 16
4.2 偏航控機(jī)構(gòu) 18
4.2.1 偏航控制器 18
4.2.2 變頻器 22
4.3 偏航驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu) 25
4.2.1偏航軸承及潤滑機(jī)構(gòu) 25
4.2.2偏航驅(qū)動(dòng)裝置 25
4.2.3偏航制動(dòng)器 27
4.3 PROFIBUS－DP系統(tǒng)通信 28
4.3.1 PROFIBUS－DP系統(tǒng)概述 28
4.3.2 PROFIBUS-DP系統(tǒng)工作過程 29
4.4小結(jié) 32
第五章 風(fēng)力機(jī)偏航軟件設(shè)計(jì) 33
5.1 TwinCAT工控軟件介紹 33
5.1.1 TwinCAT系統(tǒng)的基本配置要求 33
5.1.2 TwinCAT軟件系統(tǒng)的構(gòu)成 34
5.2 風(fēng)力機(jī)偏航系統(tǒng)的程序設(shè)計(jì) 35
5.2.1測量值濾波 35
5.2.2主程序 38
5.2.2自動(dòng)潤滑 39
5.2.3自動(dòng)偏航 40
5.2.4自動(dòng)解纜 42
5.2.5 人工偏航 43
5.3編譯、調(diào)試、仿真 43
5.3.1 編譯 43
5.3.2 調(diào)試 44
5.3.3 仿真 44
5.4本章小結(jié) 45
第六章 總結(jié)與展望 46
6.1全文總結(jié) 46
6.2展望 46
參考文獻(xiàn) 47
附錄A 偏航系統(tǒng)程序 48
附錄B 變頻器參數(shù)表 57
附錄C 變頻器參數(shù)設(shè)置 61
附錄D 偏航電機(jī)參數(shù)表 66
附錄E 硬件選型 67
附錄F beckhoff模塊介紹 68
附錄G 實(shí)時(shí)可視化畫面 76
致謝 77