2022年毕业设计开题报告--大型风力发电机组偏航控制系统 .pdf

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1、电信学院毕业设计开题报告姓 名专业电气工程自动化班级电气六班学 号指导教师题目类型工程设计题 目大型风力发电机组偏航控制系统设计一、选题背景及依据（简述题目的技术背景和设计依据，说明选题目的、意义，列出主要参考文献）人类社会发展的历史与能源的开发和利用水平密切相关，每一次新型能源的开发都使人类经济的发展产生一次飞跃。在我们进入21 世纪的今天，世界能源结构也正在孕育着重大的转变，即由矿物能源系统向以可再生能源为基础的可持续能源系统转变。所谓可再生能源就是取之不尽、用之不竭、与人类共存的能源。它包括太阳能、风能、生物质能、地热能、海洋能等。 在这众多的可再生能源中， 目前发展最快、 商业化最广泛

2、、经济上最适用的，当数风力发电。风能是一种干净的可再生能源。 太阳辐射对地球表面的不均匀性加热是风的主要成因。空气从高气压区向低气压区流动就产生了风。地球自转、公转的影响和地形、地貌的差异，加剧了空气流量和流向的变化，造成风速和风向的变化。 地球上大约有 2% 的太阳能被转化成风能。风力发电作为一种新的、安全可靠的洁净能源，其优越性为越来越多的人所认识。风力发电具有较好的经济效益和社会效益，风力发电技术的发展受到世界各国政府的高度重视。自从 20 世纪 80年代现代并网风力发电机组问世以来，随着桨叶空气动力学、计算机技术、控制技术、发电机技术和新材料的发展，风力发电技术的发展极为迅速，单机容量

3、从最初的数十千瓦级发展到最近进入风电场的兆瓦级机组；功率控制方式从定桨距失速控制向全桨叶变距和变速控制发展; 运行可靠性从 20世纪 80年代初的 50%提高到 98% 以上; 并且在风电场运行的风力发电机组全部可以实现集中控制和远程控制;风电场发展空间更加广阔，已从内陆移到海上。风电的迅猛发展已经形成了规模巨大的产业，因此它还可带动一批相关产业和产品的发展，对促进国民经济的发展具有重要的意义。但是，由于风能具有能量密度低、随机性和不稳定性的特点，风力发电机组是复杂多变量非线性不稳定系统，因此，控制技术是机组安全运行的关键。而偏航控制系统是水平轴式风力发电机组必不可少的组成系统之一对风电机组利

4、用风能起到非常巨大的作用。参考文献1 李本立风力机结构动力学北京：北京航空航天大学出版社，20052 陈云程风力机设计与应用北京：机械工业出版社，20053 叶杭治风力发电机组的控制技术北京：机械工业出版社，20024 宫靖远风电场工程技术手册北京：机械工业出版社，20045 胡寿松自动控制原理北京：科学出版社，20006 陈立定电气控制与可编程控制器广州：华南理工大学出版社，2001精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 1 页，共 5 页7 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南京：航空航天大学出版社8

5、电气工程师手册编辑委员会电气工程师手册（第3 版）机械工业出版社9 沙占友集成化智能传感器原理与应用北京：电子工业出版社，200410 Bati A E Leabi S K NN Self-tuning Pitch Angle Controller of Wind Power Generation UnitJ Power Systems Conference and Exposition ，2006，29：2019202911 Se Yu， Sakamoto R ，Urasaki NOutput Power Leveling of W ind Farm Using Pitch Angle Co

6、ntrol with Fuzzy Neural NetworkA in：Power Engineering Society General MeetingC2006，1822二、主要设计内容、设计思想、解决的关键问题、拟采用的技术方案及工作流程1. 主要设计内容能满足测量要求的系统实现方案风向测量装置风速测量装置偏航驱动装置解缆、扭揽、失速保护装置报警装置触摸屏完成系统上位控制系统元器件参数计算及选型择硬件连接及软件调试2. 设计思路控制系统利用 ABB-PM556PLC 通过对运行过程中输入信号的采集、传输、分析，来控制风力发电机组的转速，以求达到功率最优的目的；如果发生故障或其他异常情况能

7、自动地检测并分析确定原因，自动调整排除故障或进入保护状态。系统包括控制和监测两部分。控制部分设置了手动和自动两种模式。监测部分将各种传感器采集到的数据送到控制器，经过处理作为控制参数。控制系统将风向通过风向传感器转换成0-24V 电压信号，同时将风速信号通过风速传感器转换成4-20mA电流，送入 PLC中，经过运算完成对实时信号的采集。软件程序主要完成比较和控制指令下达：当风速大于3m/s 时，将风力机组切入；当风速大于25m/s，且持续时间超过 10 分钟时将风力机组切出；当风速大于30m/s 时，且持续时间超过 3 秒钟时将风力机组切出；风力发电机组额定风速10.5m/s 。而风向的测量信

8、号能够决定风力机组叶片的偏转方向。精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 2 页，共 5 页温度传感器温度传感器风速传感器风向传感器变送器PLC控制器报警控制偏航控制解缆控制扭缆控制失速控制人机界面变送器变送器变送器图 1 系统框图3. 解决的关键问题3.1 风速测量系统测量风速的主要目的就是完成风机自动追踪，因为当风轮叶片旋转平面与气流方向垂直时，风力机从流动的空气中获取的能量最大，因而风力机的输出功率最大能够使风机尽可能的在额定风速情况下运行，以达到最大功率输出的目的。风速的测量有使用旋转式风速计、散热式风速计和声学风速计（超声波风速计

9、），但是通常使用的绝大多数是旋转式风速计。3.2 风向测量系统风向通过风向标指示。风向标一般是由尾翼、指向杆、平衡锤以及旋转主轴四部分组成的首尾不对称的平衡装置。其重心在支撑轴的轴心上，整个风向标可以绕垂直轴自由摆动。在风的动压力作用下，取得指向的来向的一个平衡位置，即为风向的指示。传送和指示风向标所在方位的方法有电触点盘、环形电位、自整角机和光电码盘四种类型，其中最常用的是码盘。3.3 保护系统刹车系统其功能是当风力机需要停止运转或在大风时使风力机停止运转以达到维修或保护风力机的目的。在小型风力机中多采用机械抱闸刹车方式实现制动停车，可以手动也可自动实现停车；在大中型风力机中多采用液压或电气

10、制动方式实现抱闸停车。解缆和扭揽保护系统3.4 人机交互控制系统通过上位机完成一系列风机偏航控制。在上位机添加各种组态模型，通过触摸屏显示，并直接下达控制命令。3.5 软件程序编写 PLC程序并调试，实现上述功能。4. 工作流程精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 3 页，共 5 页图 2 程序流程图三、毕业设计工作进度安排第一周：查阅资料（包括外文资料） 、方案设计第二周：查阅资料（包括外文资料） 、方案设计第三周：选型、硬件设计第四周：选型、硬件设计第五周：软件设计第六周：软件设计第七周：软件调试自动偏航手动偏航手动正转NN屏蔽自动解缆Y手动反转N偏航电机正转屏蔽扭缆保护Y温度报警扭缆报警NNYY开始Y风速测量子程序风向测量子程序Y偏航电机反转温度保护扭缆保护风速测量子程序温度测量子程序扭缆控制子程序N精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 4 页，共 5 页第八周：软件调试第九周：上机绘图、调试第十周：上机绘图、调试第十一周：画图、编写说明书第十二周：画图、编写说明书指 导教 师意 见指导教师签字 _ 年月日精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 5 页，共 5 页