基于PCS的变桨距风力发电机组偏航控制系统设计电气工程与自动化本科生毕业设计.doc
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1、基于PCS的变桨距风力发电机组偏航控制系统设计电气工程与自动化本科生毕业设计(完整版)(文档可以直接使用,也可根据实际需要修改使用,可编辑 欢迎下载)编号:( )字 号本科生毕业设计 基于PCS7的变桨距风力发电机组 偏航控制系统设计 题目: 姓名: 学号: 班级: 二一四年六月xx 矿 业 大 学本科生毕业设计姓 名: 学 号: 学 院: 信息与电气工程学院 专 业: 电气工程与自动化 设计题目:基于PCS7变桨距风力发电机组偏航控制系统设计 指导教师: 职 称: 教 授 二一四年 六月 徐州xx矿业大学毕业设计任务书学院 信电学院 专业年级 电气工程与自动化2021级 姓名 任务下达日期:
2、 2021年12月30日毕业设计日期: 2021年12月30日至2021年6月10日毕业设计题目: 基于PCS7变桨距风力发电机组偏航控制系统设计毕业设计专题题目: 毕业设计主要内容和要求:1、了解风力发电机组工作的基本原理;2、掌握WinCC和STEP 7软件;3、掌握基本过程控制策略;4、构建偏航控制系统及其控制策略;5、翻译英文文献一篇。 院长签字: 指导教师签字: 年 月 日xx矿业大学毕业设计指导教师评阅书指导教师评语(基础理论及基本技能的掌握;独立解决实际问题的能力;研究内容的理论依据和技术方法;取得的主要成果及创新点;工作态度及工作量;总体评价及建议成绩;存在问题;是否同意答辩等
3、):成 绩: 指导教师签字: 年 月 日xxx矿业大学毕业设计评阅教师评阅书评阅教师评语(选题的意义;基础理论及基本技能的掌握;综合运用所学知识解决实际问题的能力;工作量的大小;取得的主要成果及创新点;写作的规范程度;总体评价及建议成绩;存在问题;是否同意答辩等):成 绩: 评阅教师签字: 年 月 日 xxx矿业大学毕业设计答辩及综合成绩答 辩 情 况提 出 问 题回 答 问 题正 确基本正确有一般性错误有原则性错误没有回答答辩委员会评语及建议成绩:答辩委员会主任签字: 年 月 日学院领导小组综合评定成绩:学院领导小组负责人: 年 月 日摘要社会的发展离不开能源的供应,在当今这个迅猛发展的时代
4、,能源的需求也越来越大。过去几十年世界的快速发展,已经消耗了大量的自然资源,造成了能源的枯竭。人类目前正在面临着能源危机。为解决人类的能源问题,世界各国开始把眼光投向了新型可再生能源。其中,风能是未来最重要的清洁替代能源之一。它是未来最具开发潜力的新能源。风能是取之不尽,用之不竭的。所以研究风力发电对于解决能源和环境问题上具有至关重要的作用。风力发电是利用风力资源的一个有效的方法,全世界研究风力发电已经有100多年了,风力发电的技术也越来越成熟。风力发电偏航控制研究是目前关于风力发电比较热门的一个研究方向,它的目的是为了调整风轮的方向,使得风力发电机能够准确的对准风向,提高风力发电的效率,也提
5、高了风能利用率。研究偏航系统控制就是为了实现风力发电机准确偏航控制。本文介绍了风力发电机的原理和组成结构,重点介绍了偏航系统的组成部分和各部分的功能。为研究偏航控制系统,选用了模糊控制的控制策略。通过MATLAB仿真软件,对风力发电偏航系统进行仿真。并搭建了Wincc组态界面,实现了偏航过程的可视化,用step7编写了偏航控制各部分的PLC程序。 关键字:风力发电;偏航控制;模糊控制;PLC。ABSTRACTSocial development is inseparable from the supply of energy , in this day and age of rapid dev
6、elopment, energy demand is growing. Over the past decades, the rapid development of the world has consumed a large amount of natural resources, resulting in a depletion of energy . Mankind is currently facing an energy crisis . In order to solve the energy problems of mankind , the world began to lo
7、ok into the new and renewable energy sources. Wherein the wind is one of the most important future clean alternative energy sources. It is the future development of the most promising new energy . Wind energy is inexhaustible . So the study of wind power for energy and environmental issues have a cr
8、ucial role.Wind power is the use of wind resources in an effective way , the worlds wind power research has been 100 years, wind power technology is more mature. Wind yaw control study on wind power generation is one of the more popular research direction , its purpose is to adjust the direction of
9、the wind turbine , making wind turbines can accurately align the wind direction , wind power to improve efficiency, but also improves the wind utilization. Research yaw control system is to achieve accurate wind turbine yaw control .This paper introduces the principle and structure of wind turbines
10、, focusing on the part of the yaw system and the functions of each part . Yaw control system for the study , the choice of the control strategy of fuzzy control. By MATLAB simulation software, yaw wind power system simulation . Wincc configuration interface and built to achieve a yaw process visuali
11、zation, prepared with step7 yaw control various parts of the PLC program .Keywords: wind power;yaw control;fuzzy control;PLC.目 录1 绪论11.1论文的背景和意义11.2国际风力发电的现状和趋势21.3国内风力发电的发展21.4当前我国风力发电亟待解决的难点41.5 我国风力发电的前景与展望41.6 本章小结52 风力发电机组系统构成及功能简介62.1 风力发电的原理6风力发电机的基本类型6现代风机72.1.3 现代风力发电的原理72.2风力发电机的组成结构8风力机桨叶
12、系统8变桨距系统9风力机组传动系统10发电机系统112.2.5 偏航系统122.2.6 解锁装置12刹车系统12塔架132.3 风力发电机组的控制技术13风力发电机组控制系统13风力发电控制技术的发展趋势142.4本章小结153 风力发电机组偏航控制策略163.1偏航控制系统的基本结构16偏航轴承16偏航制动器17偏航控制驱动装置17偏航计数器17扭转保护装置173.2偏航控制系统的工作原理18自动偏航193.2.2 90度侧风控制20人工偏航控制213.2.4 自动解锁213.3偏航控制系统模糊控制策略213.4偏航控制系统模糊控制器的设计22模糊控制器的结构223.4.2 输入输出变量的模
13、糊化22模糊控制规则表24风力发电机组偏航系统模糊控制器的仿真263.4.5 仿真结果与分析273.5 本章小结284 系统研制开发平台29软件的介绍294.2 风力发电偏航控制组态仿真平台设计294.2.1 wincc6.0的功能和优点294.2.2 监控系统的设计和功能实现304.3 step7软件的介绍304.4 PLC简介314.5 本章小结315 风力发电机组偏航控制系统设计325.1偏航控制系统总体设计325.2风力发电机组偏航控制系统硬件设计33设备选型33硬件电路图335.3风力发电机组偏航系统程序34风力发电机组自动偏航控制流程图345.3.2 人工偏航流程图355.3.3
14、自动解缆流程图355.4根据控制流程图设计PLC程序36机舱位置计算36风向角计算38自动偏航程序38自动解缆程序41偏航系统总程序445.4实验结果与分析466毕业设计总结47参考文献:48外文论文49中文译文57致 谢671 绪论1.1论文的背景和意义当今社会,能源已经成为人来赖以生存的重要物质基础,但是随着能源的开采和利用,造成了严重的资源枯竭和环境的破坏。化石能源的过度消耗,煤炭、石油、天然气等能源的缺乏,严重制约了当今社会的经济发展。常规能源的日益枯竭,迫切的需要开发新的能源。人类为了保护生态环境,节约资源。正在努力的寻找可再生、环保、洁净的能源,对于缓解能源匮乏有着十分重要的意义。
15、目前来看,风能是最具有大规模开发利用前景的新能源。当今世界的科技发展日新月异,风力发电的技术已经相当的成熟。但是目前来看,现代风力发电技术任然有一些不足之处,还面临着一些技术挑战,包括怎样提高风力发电的可靠性以及如何进一步提高风力发电的效率。另外还需要考虑的就是如何降低成本。风能是目前最具有开发价值和开发规模的清洁能源,它有着广阔的前景,因此开发风能也受到了全世界的普遍重视。风 力资源是取之不尽,用之不竭的,风力资源相当的丰富,有很好的开发前景。另外,风能还是一种清洁环保能源。风能的一大优点就是它不会像煤电、核电那样会对环境造成污染。随着发电技术的日趋成熟以及发电设备产品的质量可靠,目前风力发
16、电对风能利用率能达到95%以上。风力发电的经济性也日益提高,从发电成本来看,随着风力发电技术的进步,未来风电的成本肯定要低于煤电和核电。另外风力发电场的建设工期比较短,比火电站、水电站、核电站都要短。并且机组安装方便,容易操作。风力发电具有众多的优点,使得风力发电领域快速发展,风电行业已经成为了一个巨大规模的产业,还能带动其他行业的发展,促进了国民经济的发展。所以说在未来能源行业这一块,风力发电的前景非常良好。 绿色和平组织和欧洲风能协会在2002年提出了风力12报告, 预计到2021年,世界风力发电总量将会达到世界电力总需求量的12%,届时,风电将仅次于火电和水电的电量占有比例。目前我国各地
17、也在如火如荼的开发风力发电。我国电力发展“十一五”发展纲要中也明确指出了,到“十二五”末期,我国的风力发电总量将达到世界风力发电总量的14%左右。随着能源的紧缺,煤电、水电发电的成本变高。风力发电的经济性、实用性等优势也必将显 现出来。风力发电机可分为变桨距风力发电机和定桨距风力发电机。目前变桨距风力发电机从市场占有率以及生产运行的效果来看,都要明显优于定桨距发电机。变桨距风力发电机可以通过调节桨叶节距,改变风轮叶片的攻角。改变空气对叶片的转矩,从而保持风力发电机功率输出稳定。本文研究的是变桨距风风力发电机组偏航控制系统,变桨距风力机相比定桨距有很多突出的优势。变桨距控制改变了桨叶叶片节距角,
18、改变迎风面积,这样可以尽可能多的捕获风能,大大提高了风能的利用率,可以获得最大输出功率。关于变桨距风力发电技术是未来风力发电研究的一个趋势。变桨距风力发电机也将会成为未来风力发电市场上的绝对主流。风力发电为人类社会经济发展提供了能源支撑,风力发电电技术的发展也推动了科学技术的发展。研究风力发电技术不仅能够带来经济效益,还能带来良好的社会效益。更重要的是开发利用这种清洁能源有利于对生态环境的保护。风能转化成电能的过程中,风能推动桨叶转动发电,没有给大气造成任何污染。只降低了气流的速度,风力发电的发展,能够减少常规能源的排放,从而减少了二氧化碳和二氧化硫的排放,对环境保护和生态平衡以及改善能源结构
19、有着重要的意义。因此开发可再生能源,尤其是风能,将变得更为重要。风力发电的前景十分可观。1.2国际风力发电的现状和趋势 自20世纪70年代以来,风能开发和利用在欧美发达国家发展非常迅速,风力发电技术也日趋成熟。风力发电为这些发达国家的经济发展提供了能源供给。在进入21世纪以后,煤电,石油发电消耗了大量的不可再生资源。资源的枯竭,给人类社会的发展提出了严峻的挑战,人类开始探索包括风能在内的新能源。目前,世界风能发电厂以每年30%的增长速度不断发展。不少欧洲发达国家都将风电定为优先发展级别,尤其在英国、丹麦、德国等西欧国家更加重视风能的开发利用。 丹麦靠近北海,是多风之国,风力发电的研究与应用始于
20、丹麦人的大胆探索。19 世界末期,丹麦人成功研制了,世界上第一台风力发电机,并建成了世界上第一个风力发电站,所以可以说丹麦人为人类在寻找新能源上作了一个模范与榜样。进入21世纪,风电大国丹麦的风电规模一直位于世界前几名。目前,德国是世界风力发电规模最大的国家,其风力发电的装机容量已达3000 Mw。德国的风机制造能力强、水平高,全球10大风机制造商中,德国占有2家。另外,西班牙,印度,意大利,日本等国风力发电的规模也都位于世界前列。德国的风电产业也相当的发达,带动了德国经济的发展。 1999年10月5日,国际能源研究报告指出:到2021年,风能可为世界电力提供10%,增加170万个就业机会,并
21、在全球范围内减少100多亿吨二氧化碳废气的排放。风电技术经过20年的研究日益成熟,风电的成本从20美分/kWh持续下降到3美分/kWh,商业化机组的单机容量从55kW增加到6000kW,运行可靠性的发电成本接近于常规火电,迅速发展为初具规模的新兴产业。 根据全国风能理事会(GWEC)发布的全球风电市场装机数据,2021年,全球新增风电装机达到237669MW。这一数据表明全球累计装机实现了21%的年增长,新装数据达到6%。到目前为止,全球75个过国家有商业运营的风电装机,其中22个国家的装机容量超过1000MW。预计到2021年底,全球累计安装量达235000 MW,风电占全球总供电量市场的2
22、.3%。1.3国内风力发电的发展 我国现代风力发电事业起始于上世纪70年代。到1998年底,全国已建成了20个风电场,总装机容量达220 MW。目前,我国有将近30个风电场,总装机容量达到46万kw。目前国内最大的风电场是新疆达坂城二风场,其总装机容量为57.5Mw 。广东省南澳风电场居其次,装机容量为42.8Mw。内蒙古辉腾锡勒风电场,装机容鼍为36.1Mw,国内居第3位。而辽宁省的东岗和横山风电场的装机容量分别为12 MW和5 MW。为解决地处边远、贫困落后、居住分散、难以供电地区的农牧民群众的用电问题,大力推广了户用小型风力发电机。我国风力发电行业在2021年继续保持了较快的发展,据不完
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