风电控制系统毕业设计

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1、绪论1.1课题背景风力发电机发电的原理是将风能转化为机械能，然后再将机械能转化为电能[1]。控制系统是风力发电系统的核心部分，现如今，风力发电中面临着两个亟待解决的问题（发电效率和发电质量）都和控制系统密切相关。上个世纪末风力发电机组的桨距系统主要经过了两个阶段：（1）20世纪80年代的定桨距风力发电机组。该种机组的特点是桨叶的节距角在安装时是固定的。因此，发电机发出的电的频率、幅值是固定的，是不可控制的。（2）20世纪90年代中期变桨距风力发电机组。该种机组与定桨机组最大的区别在于，变速风力发电机组是把风速、风向信号作为控制系

2、统的输入变量来进行转速和功率控制的。从而解决了高次谐波与功率因数等问题，使得发电效率和发电质量有所提高[2]。现如今，随着计算机技术与先进的控制技术应用到风力发电领域，控制方式从以前定桨失速向变桨恒频方向发展[3]。目前的控制方法是：当风速变化时调节发电机电磁力矩（9550P/N）或风力机桨距角使叶尖速比（叶尖速度/风速）保持最佳值，实现风能的最佳利用率。近些年，一些新的控制理论也逐渐应用于风电机组。例如模糊逻辑控制、神经网络智能控制、鲁棒控制等。使风力机更加趋于智能化。传统的风力发电控制方法存在很多不足，经常引起较大的能量损失

3、，基于PLC为主控制器的控制系统，结构简单，通用性强，编程方便，抗干扰能力强，可靠性较高，并且维护起来比较方便，不仅能直观的反应现场信号的变化，还可以通过编程工具可以直接观察系统的运行状态，极大的方面了维护人员查找故障，缩短了对系统维护的时间。随着新型控制算法的研究和应用，可以有效提高风能利用效率，对于提高风电机组的发电量，减小风电成本具有重要意义[4]。1.2风力发电国内外发展现状3人类利用风能已有数千年的历史，在蒸汽机发明以前风能曾作为重要的动力，用于船舶航行、提水饮用和灌溉、排水造田、磨面和锯木等。埃及被认为可能是最先利用

4、风能的国家，约在几千年前，他们就开始用风帆来帮助行船，波斯和中国也很早开始利用风能[5]。欧洲到中世纪才广泛利用风能。蒸汽机出现以后，随着煤、石油、天然气的大规模开采和廉价电力的获得，各种曾经被广泛使用的风力机械，由于成本高，效率低，使用不方便等原因，无法与蒸汽机、内燃机和电动机相竞争，渐渐被淘汰。例如荷兰现在还有几百座风车，被作为文物保护起来，成为旅游景观。在过去的5年里，风力发电不断超越其预期的发展速度，而且一直保持着世界最快增长率能源的地位。2005年以来，全球风电累计装机容量年平均增长率为27.3%，新增装机容量年平均增

5、长率为36.1%。2011年全球装机容量达196630MW，新增装机容量37642MW，比上一年同期增长23.6%。2011年新增装机容量相当于430TWh年发电量，占全球总发电量2.5%，总量超过世界第六大经济体——英国。目前，德国、西班牙和意大利三国的风电机组的装机容量约占到欧洲总量的65%。近年来，在欧洲大力发展风电的国家还有法国、英国、葡萄牙、丹麦、荷兰、奥地利、瑞典、爱尔兰。欧洲之外，发展风电的主要国家有美国、中国、印度、加拿大和日本。迄今为止，世界上已有82个国家在积极开发和应用风能资源。风电在未来20年内将是世界上

6、发展最快的能源。图1-12011年部分国家地区新增及总装机组对比图3从2003年以来，我国风力发电装机容量年平均增长率达到70%以上。从2009年底，全国风电总容量为2268万千瓦，已并网运行容量为1767万千瓦，总吊装容量达到2412万千瓦。中国2010年底，累计装机容量超过4500万千瓦，首次超过美国，跃居世界第一[6]。成绩是可喜的，但是我国的风电产业在快速发展的同时也面临着诸多问题。现在中国风电行业面临一个瓶颈问题，并且在未来3到5年都不一定能得到很好的突破。南方电力消费发达的地区风资源差，西北及东北地区风资源较好，但是

7、由于经济落后，用电量较少，限电情况越来越严重。而且这几年中国风电属于爆发式增长，装机容量虽然大量增长，但相关配套设施建设明显落后，而且管理技术等层次都跟不上。虽然风电是清洁能源，但是由于风电存在不稳定性，所以在整个供电系统中的比例是有一定限制的。而且现在主要是靠国家的政策补贴来支持风电行业的效益。如果想突破这个瓶颈我们国家的风电产业还有很长的一段路要走。为子孙后代提供清洁能源，保护我们共有的家园，这是我们这代风电人孜孜不倦所追求的目标。路漫漫其修远兮，吾将上下而求索！1.3设计的主要内容及要求本设计要求是设计风力发电机组控制系统

8、，主控制器为PLC，主要完成的功能有风车具有适应风向的功能、具有恒功率输出的功能、在风机转动超出设定角度值时，自动解缆功能、能对风力的大小进行监测，并根据需要采取相应的措施。根据设计的要求，主要设计内容包括风力发电机组控制系统中的发电机系统，实现发电机与电网的并