基于plc的风力发电机的变速控制本科论文.doc

滨州学院本科毕业设计（论文）滨州学院本科毕业设计（论文）滨州学院本科毕业设计（论文）基于PLC的风力发电机的变速控制摘 要随着风力发电技术的发展，变速恒频风力发电技术成为了风力发电未来发展新趋势。变桨系统是变速风力发电机组的重要部分，其性能对风力发电机组的整体性能起到重要的作用。本文研究了变速恒频风力发电系统的运行原理，详细的分析了其工作过程以及结构。本文通过两种方法控制变速风力发电机组，分别是：通过伺服系统控制桨叶桨距角和通过PLC电机的转速。风机变桨系统主要由PLC控制系统、风速传感器、轮毂控制柜、直流控制电机、蓄电池、整流器组成。PLC控制系统通过风速传感器提供的控制信号对电路进行控制。由于风力发电控制系统对性能要求较高 , 选用PLC作为控制器不但可以用简单的程序来实现复杂的逻辑控制 ,而且同时具有稳定性高的特点。关键词：变速恒频，风力发电，变桨距控制，PLC控制系统Variable speed control of wind turbine based on the PLCAbstracts With the development of wind power generation technology, variable speed constant frequency wind power generation technology has become the trend of the future development of wind power generation. The pitch system is an important part of the variable speed wind turbine, playing an important role in the performance of the overall performance of the wind turbine.This paper studies the variable speed constant frequency wind power generation system operation principle, and the structure and working process are analyzed in detail. This article through two kinds of methods to control of variable speed wind turbine, respectively is: through the servo system control blade pitch angle and the rotational speed of the motor by PLC. Fan variable pitch system mainly comprises a wind speed sensor, PLC control system, control cabinet, rectifiers, battery hub, DC motor control. PLC control system through the wind speed sensor provides the control signal to the control circuit. Wind power control system of the high performance requirements, therefore, using PLC as the controllernot only can use the simple procedure to realize complex control logic, but also have the characteristics of high stability.Key words: VSCF, Wind power,Pitch control,PLC control system目 录第一章 绪论11.1国内风力发电技术发展概况11.2 风力发电机变速的优点11.3 变桨距控制与变速控制关系21.4 变速风力发电机组的控制组成21.5 PLC介绍3第二章 风机基本理论52.1 风力机的各部分介绍52.2 变桨距风电机组介绍52.3 变桨距控制原理6第三章 风机变桨系统硬件部分设计83.1 变桨系统的描述83.2 风机变桨系统结构介绍83.3 风机变桨控制流程分析93.4 变桨控制系统硬件部分设计103.5 轮毂控制柜控制系统硬件部分设计说明12第四章 器件的选择及线径的选择144.1稳压器选型144.2接触器选型144.3变桨电机选型154.4风速仪选型154.5速度传感器选型154.6欠电压继电器选型164.7 空开选型16第五章 控制程序设计185.1 PLC的选择185.2 PLC的I/O端口分配及外围接线图195.3 控制程序编写22第六章 总结23致谢25附录26I31第一章 绪论1.1国内风力发电技术发展概况我国幅员辽阔，海岸线长，风能资源也比较丰富。根据最新风能资源评价，我国陆地可利用风能资源3亿千瓦，加上近岸海域可利用的风能资源，共计约10亿千瓦。其主要分布在两大风带：一是“三北地区”（东北、华北北部和西北地区）；二是东部沿海陆地、岛屿及近岸海域。另外，内陆地区还有一些局部风能资源丰富区。我国的风力发电的发展迅速，建设规模不断扩大。1986年，在山东荣城建成了我国第一座并网运行的风电场，到1990年已建成3座并网型风电场，总装机容量为3.215MW，其最大单机容量为200kW。到1995年，全国共建成了5座并网型风电场，装机总容量为36.1MW，最大单机容量为500kW。1996年后，风力发电进入了扩大建设规模的阶段，最大单机容量为1500kW。据中国风能协会最新统计，2007年中国除台湾省外新增风电机组3,133 台。2007年中国除台湾省外累计风电机组6,358台，装机容量5,890MW。目前，在我的家乡烟台栖霞也建立了风力场，据水母网报道：栖霞市与大唐集团签订方山风电项目合作开发协议，这一项目的开发，将使栖霞市风力发电总装机容量达到9.56MW。届时，栖霞市将成为山东省内陆风力发电装机容量最大的一个县市。当然我国的风力发电存在一定的问题。我国现有的风资源分布图很粗，无法满足现在风电场选址的要求，迫切需要进一步细化。国内已经建成的微不足道的风电容量几乎全部为进口的成套设备，导致风电场投资高、电价高，与火电、水电比，缺乏市场竞争能力。因此，研究我国风电发展迟缓的原因，提出相应的激励政策已成当务之急，从国外经验看，政府支持、政策激励是发展风电的关键。1.2 风力发电机变速的优点当风速在一定范围内发生变化时，允许风力发电机做变速运行，以便能达到更好利用风能的目的。这是由于风力机的输出功率系数CP 在某一确定的尖速比TSR下达到最大值，如图1-1所示。由于风力机的转速可变，通过适当的控制，使风力机的尖速比处于或比较接近于最佳值，以便最大限度的利用风能5。图1-1 风力机的典型CP与尖速比TSR随着风电技术的发展，恒速运行的机组由于只能在运行的某一点上保持较高的能量捕获效率，造成机组运行效率低，取而代之的变速机组可以保持最佳叶尖速比运行，大大提高机组的能量捕获效率，目前成为发展的主流。1.3 变桨距控制与变速控制关系随着科技的进步与风力发电技术的不断发展，变速恒频风力发电技术不断成熟，成为了风力发电的发展趋势。变桨系统是变速风力发电机组的重要组成部分，对风力发电机组的整体性能有着重要的意义。如今，风力机变桨距控制已成为风力发电领域研究的重点之一。变距型风力机的桨距角可以随风速变化而逐渐变化，风机转速作为输入信号设计调节器,从而输出桨距角命令4。1.4 变速风力发电机组的控制组成变速风力发电机组的控制主要分成两个部分；在额定风速以下时，调节发电机转速使之跟着风速变化，以获得最佳叶尖速比；在高于额定风速时，主要通过变桨距系统改变桨叶浆距来限制风力发电机获得能量，是风力发电机组保持在额定值发电3。变速风力发电机组通常需要两部分控制器：81.一个通过电力电子装置控制发电机的转速；2.另一个通过伺服系统控制桨叶桨距角。1.5 PLC介绍本论文PLC选择欧姆龙公司（OMRON）的产品，根据需要，输入输出的点数分别选择12个和8个就符合要求。CPM1A是日本欧姆龙公司产品中的一种小型整体式PLC。CPM1A的特点：1（1）CPM1A可连接可编程终端，选用通讯适配器以相应的上位Link或高速NT Link与PT之间进行高速通讯。（2）CPM1A有10点至30点多种CPU单元。CPU单元与扩展I/O并用，可实现10点到100点的输入输出要求，并且有DC和AC两种电源型号可选择。（3）CPM1A汇集了各种先进的功能，如中断功能、高速计数功能、高速响应功能，还备有2个模拟量设定。（4）CPM1A具有充足的程序容量，具有1023字的数据存储器和2038字的用户程序存储器。（5）CPM1A编程环境与SYSMAC A及CQM1等机种相同，系统的维护和扩展比较简单。（6）CPM1A在编程环境等方面上不仅实现了具有10点100点输入输出点数的弹性构成，而且还可连接可编程控制终端，运用十分的灵活。它作为小型控制器，在生产现场中能够满足不同的需求。表1-2 CPM1A继电器地址的分配及继电器功能作用介绍名称点数通道继电器功能输入继电器160点(10字)000009CH0000000915能分配给外部输入输出端子的继电器(当输入输出通道不使用的继电器号能作为内部辅助继电器使用)输出继电器160点(10字)010019CH0100001915内部辅助继电器512点(32字)200231CH2000023115程序中能自由使用的继电器特殊辅助继电器383点(23字)232255CH2320025507具有特定功能的继电器暂存继电器8点TR07用于在回路分叉点临时记忆的继电器, 链接继电器（LR）256点(16字)LR0015CHLR000015151:1连接中作为输入输出使用的继电器(也可作为内部辅助继电器使用)定时器/计数器（TIM/CNT）128点TIM/CNT000127定时器和计数器共用相同号数据内存（DM）可读写1002字DM00000999 DM10221023以字为单位(16位使用,电源断时数据保持. DM10001021不作为存放异常历史使用时, 可作为一般的DM自由使用。 DM61336599、DM66006655不能在程序中写入(可从外围设备设定)异常历史存放区22字DM10001023只读356字DM61336599PC系统设置区56字DM66006655第二章 风机基本理论2.1 风力机的各部分介绍风力机主要由叶片、轮毂、传动链（齿轮箱、主轴）联轴器等中间传动装置构成，其机械部分与异步发电机是柔性连接，相互之间刚性度较低7。1.叶片：将风能转变为机械转距 （风轮转动惯量），通过主轴传动链，经过齿轮箱增速到异步发电机的转速后，通过励磁变流器励磁而将发电机的定子电能并入电网。如果超过发电机同步转速，转子也处于发电状态，通过变流器向电网馈电。2.轮毂：位于风机前端，用于固定叶片。内部设有变桨控制柜及变桨电机。3.齿轮箱：齿轮箱作为风力发电机组中一个重要的机械部件，其主要功用是将风轮在风力作用下所产生的动力传递给发电机并使其得到相应的转速。通常风轮的转速很低，远达不到发电机发电所要求的转速，必须通过齿轮箱齿轮副的增速作用来实现，故也将齿轮箱称之为增速箱。4.联轴器：其作用主要是传递扭距；补偿同轴度的误差，通过联轴器的柔性来消除其中的误差的影响；并保护发电机。2.2 变桨距风电机组介绍直到20世纪90年代变桨距风力机才得到广泛的应用。目前大型风力发电机组普遍采用变桨距控制技术，例如，VESTAS的V66-1.65MW、V80-2MW，ENERCON的E-66-1.8MW、E-58-1MW，ENRON Wind的1.5S-5MW，NORDEX的S77/1500KW等都采用变桨距结构。变桨距调节是沿桨叶的纵轴旋转叶片，控制风轮的能量吸收，保持一定的输出功率。变桨距控制的优点是机组起动性能好，输出功率稳定，停机安全等；其缺点是增加了变桨距装置，控制复杂14。定桨距风力发电机组，当风速高于额定风速时，由于其桨距角不能改变，只能通过风机的失速特性来降低风能的吸收，因此在风速高于额定风速时不能维持额定功率输出，输出功率会下降，所以一般失速后功率小于额定功率；而变桨距风力机可以根据风速的大小调节气流对叶片的功角，当风速超过额定风速时，输出功率可以稳定在额定功率上。在出现台风的时，可以使叶片处于顺桨，使整个风力机的受力情况大为改善，可以避免大风损害风力机组。在紧急停机或有故障时，变桨距机构可以使叶片迅速顺桨到90，风轮速度降低，减小风力机负载的冲击，延长风电机组的使用寿命。变桨距控制技术关系到风力发电机组的安全可靠运行，影响风力机的使用寿命。随着变桨距风力机的广泛应用，许多学者和研究人员投入了变桨距控制技术及变桨距风力机结构的研究。目前人们主要致力于通过控制桨距角使输出功率平稳、减小转矩振荡、减小机舱振荡等技术的研究。Vestas公司推出了OpiTip（最佳桨距角）风力发电机组，不但优化了输出功率，而且有效的降低的噪音。现在变桨机构主要有两种：一种是电动变桨距机构；另一种是液压变桨距机构。液压变桨距机构采用液压驱动同步盘式。此变桨距结构简单，操作方便。当风速达到启动风速时，变距机构把叶片沿长轴旋转到升力最佳状态，使风轮达到最大捕获效率，额定风速之上，为了限制功率输出，变距机构把叶片向顺桨方向逐渐旋转，降低风轮气动效率，整个变距角度可达920，变距油缸最大行程932mm。电动变桨距机构就是在额定风速附近(以上),依据风速的变化随时调节桨距角,控制吸收的机械能,一方面保证获取最大的能量(与额定功率对应),同时减少风力对风力机的冲击。在并网过程中,变桨距控制还可实现快速无冲击并网。变桨距控制系统与变速恒频技术相配合,最终提高了整个风力发电系统的发电效率和电能质量。早期采用液压系统用于调节叶片桨矩（同时作为阻尼、停机、刹车等状态下使用），现在电变距系统逐步取代液压变距。2.3 变桨距控制原理 要想弄清楚变桨距控制的原理，就必须弄明白什么是桨距角。桨距角，顾名思义，就是桨叶距离上的夹角，主要原因是为了找一个参考平面，而这个平面又很容易被区分，所以找到了桨叶最顶端的截面。风机上的桨距角指的是叶片顶端翼型弦线与旋转平面的夹角。调节桨距角的目的主要有：启动，获得比较大的气动扭矩，以使叶轮克服驱动系统的空载阻力矩；限制功率输出，在额定风速后，使功率平稳，保护电路和机械系统，同时可以降低载荷；刹车，提供很大的气动阻力，使叶轮的转速快速降低，避免机械刹车惯性力太大而造成的伤害。变桨距调节的基本原理是；根据风速和发电机转速来调整叶片桨距角，从而控制发电机输出功率。风力机通过叶轮捕获风能，将风能转换为作用在轮毂上的机械转矩。变桨距调节方式是通过改变桨距角影响叶片的受力和阻力，限制大风时风机输出功率的增加，保持输出功率恒定。在额定风速以下时，控制器将叶片攻角置于零度附近，不做变化，近似等同于定桨距调节。在额定风速以上时，变桨距控制结构发生作用，调节桨距角，使输出功率控制在额定值的附近。第三章 风机变桨系统硬件部分设计3.1 变桨系统的描述 变桨系统的动力电源和信号电源都是有滑环来提供的，为了减少所用器件的数量和轮毂内的重量，从而提高了风机的安全运行的性能，电源性质和电压都是经过处理后直接利用的。通常电压为直流220V、交流380V，主要用于提供给三台变桨电机。加热电源用来供给加热器，提高配电柜和电池盒等主要设备的温度。为了防止外电网突然断电或者经济停机，将轮毂内部加上蓄电池，当风机断电时，叶片的角度将自行由一定的角度变回到90度，以减小风力对风力机的危害，延长风机的寿命15。3.2 风机变桨系统结构介绍当风机在正常工作状态下，如若风速过大时，此时由风速仪风向PLC控制系统发出控制信号，风机内部电源380V交流电通过整流器变为220V直流电。PLC控制系统将电路正向导通，变桨电机正向转动，叶片角度趋于90度，叶片迎风面积增大14。当风机在正常工作状态下，如若风速过小时，此时由风速仪风向PLC控制系统发出控制信号，风机内部电源380V交流电通过整流器变为220V直流电2。PLC控制系统将电路反向导通，变桨电机反向转动，叶片角度趋于0度，叶片迎风面积减小。当检修人员需进入轮毂工作时，检修人员首先通过轮毂控制柜，将整流器通往轮毂的输电线路切掉，以防止机舱内部人员的错误操作，导致轮毂内部人员出现伤亡。此时变桨电机电源变为蓄电池。检修人员通过轮毂控制柜可对变桨电机实现手动控制。当风机突然断电时，蓄电池自动投入，使变桨电机有一定角度自动变为90度，可以减小风力对风力机的危害，并且防止了发生飞车等事故。 图3.1 风机变桨流程图3.3 风机变桨控制流程分析动力电源220V直流电由滑环输送到轮毂由于一共给三台变桨电机，变桨电机要使叶片角度可以在一定的角度内变化，就是叶片不但可以自由变到一定角度，而且要求他还可以变回到所要求的角度，这就要求电机能够实行正反转。对电机的控制首先是正反转的控制。实现这一功能的方案很多，但是在各方面的要求下如质量大小，线路性能，运行的可靠性；即满足灵活，简单，可靠性的要求，方案的选定就不难么多种多样的了。在对电机正反装的控制最经典的也最符合要求的就是所设计的电路，由接触器变换电机的供电的电流方向实现对电机的正反转的控制，最终实现叶片角度在一定范围内自由变桨的要求13。实际运行中要求三台电机的同步性，为了防止三个叶片所受风力差异不致过大，要求三台电机在自动变桨时，三台电机同步转动。所以将三台电机联接在同控制回路中实现同步控制。由于风机很多检修及维护任务都需在轮毂内进行，所以需在轮毂设置一变桨电机独立的控制柜。当此控制系统启动后要求切除TOP-BOX内控制系统的控制权限。并且由于检修维护的工作需求，需要轮毂内控制系统可以实现点动控制9。研究变桨系统我们就一定要研究其相关风速的指标。GE1.5MW风力机的起机风速在3米每秒，但是这个数字是不定的，因为空气密度，风能质量等不同致使启动风速的波动。所以起机风速在小范围内是不定的。当风机风速超过27米每秒时，风机需实现自动变桨，将叶片迎风角变为90度。以防止由于风速过大制动系统超负荷工作发生飞车。3.4 变桨控制系统硬件部分设计本文硬件控制部分，主要由风力发电塔顶控制箱（TOP-BOX）控制部分、轮毂控制柜、蓄电池组、整流系统、速度传感部分构成。控制系统共分为两部分，第一部分控制系统安装在TOP-BOX内，由风机正常状态下自主运行时风机自动变桨控制系统和风机在检修或维护的状态下的手动变桨控制系统组成。第二部分控制系统设在风机轮毂内，为手动变桨控制系统。现对此三部分控制系统进行描述。 图3.2 TOP-BOX部分主电路图(1) 风机在自动运行状态下，如图3.3所示当风机风速仪检测到风速过高时，同时风机主轴测速仪测得风机转速过高时接触器KM10得电， KM10辅助主触点闭合，控制三台变桨电机正转，叶片迎风角趋于90度。当风机叶片反转一定角度后达到主轴额定转速时接触器KM10失电，KM10常开主触点断开叶片停在当前位置。当风机风速仪检测到风速过低时，同时风机主轴测速仪测得风机转速过低时接触器KM13得电。KM13常开主触点闭合，控制三台变桨电机反转，叶片迎风。当风机叶片反转一定角度后达到主轴额定转速时开门KM13失电，KM13常开主触点断开叶片停在当前位置。通过测速仪的信号风机叶片迎风角做出相应的调整，从而使风机主轴转速稳定在额定转速范围内，从而达到风机恒速运行。(2)风机在自动运行状态下，当欠电压继电器KUV3检测到风机电源电压过低时其辅助常开触点KUV3闭合，KM11得电其常开触点闭合，蓄电池自动投入运行变桨电机正转叶片迎风角自动变为90度。从而有效保护风机因设备故障突然断电。致使风机叶片由于风力作用损毁。（3）当风机需要检修或维护或时，如图3.3所示转动旋钮SB9接触器KM12得电，其辅助常开触点闭合，常闭辅助触点断开，TOP-BOX部分手动控制系统启动。按下SB8接触器KM10自锁得电，其常开闭合控制变桨电机正转，转至90度行程开关ST1、ST3、ST5同时断开叶片停至迎风角90度处。按下SB11按下SB8接触器KM10自锁得电，其常开闭合控制变桨电机反转，转至3度行程开关ST1、ST3、ST5同时断开叶片停至迎风角3度处。手动控制系统的设计为风机检修人员提供了可靠的安全保障，比如一些须接近叶片的工作，如果在检修人员工作时风机变桨电机突然运行，极可能导致人员伤亡事故，添加了手动变桨系统不仅消除了安全隐患，还增加了变桨模式的多样性和灵活性。把人员安全放在了第一位。图3.3 TOP-BOX控制部分部分辅助电路图3.5 轮毂控制柜控制系统硬件部分设计说明图3.4 轮毂控制柜一号电机控制系统辅助电路轮毂控制柜内控制系统主要为方便工作人员在轮毂内工作（打力矩、清除叶片渗漏的润滑油）和叶片调零而设计，所以要求轮毂内控制系统实现电动机正反转控制。其控制部分如图3.5所示。当工作人员进入轮毂后要求只有轮毂控制柜内控制系统生效。其它控制系统都失去对变桨电机的控制权限。当工作人员离开轮毂后要求轮毂控制柜内控制系统失去对变桨电机的控制权限。控制权限重新交与TOP-BOX控制部分。所以设置如图3.6所示控制系统用于实现上述功能。图3.5 轮毂内控制系统电路当工作人员进入轮毂后首先转动旋钮SB7，KM7、KM8失电， KM7、KM8常开触点断开，风机内部电源供电回路从系统切除，KM9常开触点闭合，KM9常闭辅助触点断开。蓄电池供电系统启动。TOP-BOX控制系统被切出系统，轮毂控制系统启动。变桨电机转由轮毂控制柜内控制系统控制。此时按下SB1，接触器KM1得电KM1常触点闭合，风机正转。同时KM1常闭辅助触点断开，与KM2实现自锁。此时按下SB2，接触器KM2得电KM2常触点闭合，风机反转。同时KM2常闭辅助触点断开，与KM1实现自锁。第四章 器件的选择及线径的选择4.1稳压器选型GBD系列直流稳压电源采用了最先进的单片机控制技术，最完善的保护电路及专用高性能基准稳压源元件。因而具有稳压精度高，纹波干扰小，安全可靠。故可广泛应用于国防、科技、生产领域。其技术指标如下： 1输入电源电压： AC220V10% 2输出电压：220V可调 3稳压性能：电压调整率：0.05% 负载调整率：0.05% 纹波调整率：0.05% 温度系数：300ppm/ 4稳流性能：电流调整率：0.1% 负载调整率：0.1% 纹波有效值：0.1% 温度系数：500ppm/（典型值） 5环境温度：-2030 6环境湿度：90% 4.2接触器选型本设计接触器采用CZ18系列直流接触器(以下简称接触器)，主要用于直流电动机的频繁起动，动态中分断、点动，反转及反接制动。产品结构及性能特点12： 结构简单合理、体积小、重量轻、安装方便； 灭弧罩采用迷宫型陶瓷灭弧室与耐弧塑料外罩组合式结构，引弧灭弧性能好，触头烧损轻，燃弧时间短，飞弧距离小，弧罩不易损坏且维护时装卸方便； 配置引弧角，灭弧性能良好； 吸引线圈采用了目前国际上最先进的塑料封装技术，具有良好的绝缘强度和机械强度，不易损坏，还设计有电子适配器与封装线圈相联接，操作时电磁吸力大，线圈过电压低且温升也低，对外界电磁干扰小，可靠性高； 具有良好的阻燃性能； 具有可靠的耐振性能。技术指标：1额定工作电压220V ；2额定工作电流30A；3动合主触头个数2；3辅助触头：动合2动断2；5周围空气温度的上限为+30，下限为-35； 6周围空气的相对湿度不超过90(最湿月平均温度不超过+25)；7接触器的污染等级为3级。 4.3变桨电机选型选用风机原装GE变桨电机，额定电压220V额定功率3KW额定电压10.5A。4.4风速仪选型 MetOne公司生产的010C风速传感器能够提供精确的、详细的风速风向信息。它启动风速低、响应灵敏，能够迅速对周围风速风向的变化做出反应。它可广泛应用于各种对可靠性和精度性要求极高的领域，高可靠性、高精度的梯度测量系统等。表4-1风速传感器技术指标量程060m/s启动风速0.22m/s标定范围050m/s精度1%工作温度-5065电源需求12VDC，10mA输出11V脉冲信号输出阻抗最大100材质氧化铝4.5速度传感器选型HCH齿轮传感器原理及特点：利用钢铁材料（或其他导磁材料）做的齿轮转动，产生磁通量的变化，通过故态磁敏元件获得信号，可测量齿轮的转动。特点是分辨率高，频响宽，抗干扰强，可靠性高。输出为幅度稳定的方波信号，能实现远距离传输。主要应用于将机械运动中的转动的物理量转化成方波脉冲电信号。多用于测量速度、周期和位移6。4.6欠电压继电器选型本设计欠电压继电器选择巨龙/JL-300欠电压继电，DIW-2026电脑型直流过压、欠压、绝缘监察（三合一）继电器适于各类直流电源柜（屏）的控制母线监察，采用新型检测原理，不仅能按设定门坎值监察母线过压、欠压、接地故障，特别地，还能测量并数字显示母线电压、正负母线对地的绝缘电阻值，当发现母线接地时，能自动判别接地母线的极性（正或负）；当正、负母线的绝缘电阻同时下降时，它也能正确检测（传统绝缘监察继电器则不能监察正负母线绝缘电阻同时下降的情况）。用户开孔尺寸：151*75.54.7 空开选型本设计选用C65N断路器。表4-2 C65N断路器的参数脱扣器电163(A)灭弧介质空气式 产品认证CCC极数1P(P) 额定绝缘电压660(V)速度快速型 适用标准IEC6098/GB10963操作方式电动电寿命作电寿抗湿热性好安装方式50(万次)结构万能式 额定极限短路分段能力插入式额定剩余动作电流63(MA) 飞弧距离10(kA)分断能力10(KA) 结构段额定电流最大值1(mm)脱扣时间1(MS) 额定工作电压10(A)额定频率50(Hz) 机械寿命220(V)极限分断能力10(kA) 额定电流50(万次)脱扣器型式普通第五章 控制程序设计5.1 PLC的选择本文通过对发电机变速控制要求的分析，借助于欧姆龙PLC配套的cx-programmer编程软件，实现了三发电机转速的自动控制。利用欧姆龙PLC设计出的控制系统具有可靠性高、抗干扰能力强、设备占用空间小、使用和维护简便等特点，解决了传统手工操作混合流程中存在的问题，避免了人为误操作等可能造成的设备损坏，增强了系统运行的安全性、可靠性。在实际应用过程中，还可以扩展PLC的功能，将发电机组与上位机进行通信，组成局域网实现统一化管理。根据需要，输入输出的点数分别选择十二个和八个就符合要求。CPM1A-20CDR-D-V1是CPM1A-20CDR-D的升级版，升级后的plc的功能更强，工作更稳定性能更高。所以选择这一产品。表5-1 CPM2A-30参数30点主机，23点输入，16点继电器输出DC23V ，AC100220VON响应时间1128ms以下OFF响应时间1128ms以下ON电压最小 DC13.3VOFF电压最大 DC5.0VI/O扩展能力最大160点最大程序容量10k步最大数据容量32k字脉冲输出100kHz2轴高速计数相位差方式50kHz2轴单相100kHz3轴串行通讯接口最大2个（RS232/RS385任选）编程支持FB/ST5.2 PLC的I/O端口分配及外围接线图PLC的I/O的端口分配见表5-2，外围接线见图53；表5-2 I/O分配表符号地址功能描述符号地址功能描述SB100000控制一号电机K00108风速仪输入SB200001控制一号电机K00109测速仪输入SB300002控制二号电机K00110测速仪输入SB300003控制二号电机KM101000控制电机正反转SB500003控制三号电机KM201001控制电机正反转SB600005控制三号电机KM301002控制电机正反转SB700006用于启动轮毂控制柜KM301003控制电机正反转SB800007TOP-BOX手动控制按钮KM501003控制电机正反转SB900008TOP-BOX手动控制按钮KM601005控制电机正反转SB1100009TOP-BOX手动控制按钮KM701006启动轮毂控制柜ST10001090度限位开关KM801007启动轮毂控制柜ST2000113度限位开关KM901100启动轮毂控制柜ST30010090度限位开关KM1001101控制电机正反转ST3001013度限位开关KM1101102控制电机正反转ST50010290度限位开关KM1201103控制电机正反转ST6001033度限位开关KM1301103控制电机正反转ST70010363.5度限位开关KUV301105检测电压ST80010563.5度限位开关ST90010663.5度限位开关K00107风速仪输入 图5-3外围接线图 5.3 控制程序编写现根据已有的硬件设计图绘制梯形图，根据梯形图编写程序。根据附录所示梯形图现对控制系统作简单描绘：当风速仪及速度传感器输入同时检测到风机转速需降低时，接触器01010得电，三台变桨电机正转，叶片迎风角趋于90度。当风机叶片反转一定角度后达到主轴额定转速时接触器01010失电11。当00000常开闭合时01000得电风机正转，当00001常开闭合后01001得电风机反转。实现了点动控制。第六章 总结随着风力发电技术的发展，变速恒频风力发电技术成为了风力发电未来发展新趋势。变桨系统是变速风力发电机组的重要部分，其性能对风力发电机组的整体性能起到重要的作用。本文研究了变速恒频风力发电系统的运行原理，详细的分析了其工作过程以及结构。本文通过两种方法控制变速风力发电机组，分别是：通过伺服系统控制桨叶桨距角和通过PLC电机的转速。风机变桨系统主要由PLC控制系统、风速传感器、轮毂控制柜、直流控制电机、蓄电池、整流器组成。PLC控制系统通过风速传感器提供的控制信号对电路进行控制。由于风力发电控制系统对性能要求较高 , 选用PLC作为控制器不但可以用简单的程序来实现复杂的逻辑控制 ,而且同时具有稳定性高的特点。本文尝试使用PLC技术实现对变速恒频风力发电系统的有效控制，并编写了相关的程序，运行结果表明，PLC控制变速恒频风力发电系统有效的提高了发电机的效率，提高了其稳定性和经济效益。参考文献1 张万忠、刘明芹. 电气与PLC控制技术M.北京：北京出版社，2003年；2 杨淑英.双馈型风力发电变流器及其控制D.肥工业大学，2007年；3 李毅.桨距变速风力发电机组的智能控制研究D.安电子科技大学，2007年；4 郭朝.变速风力发电机组的电液伺服变桨距控制研究D.江苏大学，2007年；5 王志奎、朱清慧.用PLC的数据传输及位控制功能实现多工步的自由排序J.械技术与机床,2009年；6 苑国锋、李永东、柴建云.双馈异步风力发电机新型无位置传感器控制方法J. 清华大学学报(自然科学版),2009年；7 霍志红、郑源、左潞、 张德虎. 风力发电机组控制技术.国水利水电出版社,2010年；8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年；9 马昕霞, 宋明中,马强等.风力发电系统控制技术的研究.上海电力学院学报J.2005年；10张进秋.可编程控制器原理及应用实例M.北京：机械工业出版社，2003年；11叶杭冶等.风力发电系统的设计、运行与维护M.北京:电子工业出版社2003年；12吴晓君,同志学.电气控制课程设计指导M.北京:中国建材工业出版社，2007年；13张凤池,曹荣敏.现代工厂电气控制M.北京:机械工业出版社,2006年；14 P. 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