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风电机偏航系统设计毕业论文

摘  要
风能是绿色能源。风力发电在解决能源和环境问题上的积极意义，正在世界范围内得到快速发展，成为当今世界增长速度最快的能源，我国在风力发电上的投入和研究也正进入一个快速发展的时期。为提高风能的利用效率和机械寿命，风力发电机组的研究工作在世界各地广泛的开展，各种有效的风力发电机组控制策略、算法被提出，但多集中于桨叶控制、发电机控制与并网控制，偏航控制未能取得有效的发展。针对这方面的问题，本论文展开了相应的设计。
在设计过程主控制器选用了德国beckhoff的软PLC，文中对其硬件模块的组态和编程环境TwinCAT以及现场通讯协议Profibus-DP做了详细介绍和设计说明。偏航电机的控制选用了西门子G120变频器实现了变频调速，在恶劣环境下减小了偏航系统的振动。运用TwinCAT编程软件对偏航系统的四个部分：自动偏航、自动解缆、自动润滑、人工偏航的程序进行了编写。最后，在个人计算机进行了编译、下载和运行，在联机模式下，通过TwinCAT实时可视化的画面对各种状态进行了模拟运行，该偏航系统在各种状态下呈现出很好的控制效果。

关键词：风力发电；偏航控制系统；软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  录
摘  要 I
Abstract II
第一章 绪论 1
1.1 选题的背景与意义 1
1.2 国内外风电发展的概况 1
1.2.1 世界风电的发展 2
1.2.2 中国风电的发展 3
1.3 风力发电机组控制技术的发展概况 4
1.4小结 5
第二章 风力发电系统基本组成及功能简介 6
2.1 风力机的工作原理 6
2.1.1 风力机的分类 6
2.1.2 风力机的气动基础 7
2.2风力发电机组系统基本组成 7
2.3.1风力机桨叶系统 7
2.3.2 风力机发电机系统 8
2.3.3控制系统 8
2.3.4制动系统 9
2.2小结 9
第三章 偏航系统功能及技术要求 10
3.1偏航控制系统的功能 10
3.1.1自动偏航 10
3.1.2 自动解缆 10
3.1.3 自动润滑 11
3.1.4人工偏航 11
3.2 偏航系统的技术要求 11
3.2.1 环境条件 11
3.2.2 阻尼 11
3.2.3 解缆、扭缆保护 11
3.2.5 偏航转速 12
3.2.6润滑 12
3.4小结 12
第四章 偏航控制系统硬件设计及选型 13
4.1偏航检测机构 13
4.1.1风向传感器 13
4.1.2机舱位置传感器 16
4.2 偏航控机构 18
4.2.1 偏航控制器 18
4.2.2 变频器 22
4.3 偏航驱动机构 25
4.2.1偏航轴承及润滑机构 25
4.2.2偏航驱动装置 25
4.2.3偏航制动器 27
4.3 PROFIBUS－DP系统通信 28
4.3.1 PROFIBUS－DP系统概述 28
4.3.2 PROFIBUS-DP系统工作过程 29
4.4小结 32
第五章 风力机偏航软件设计 33
5.1 TwinCAT工控软件介绍 33
5.1.1 TwinCAT系统的基本配置要求 33
5.1.2 TwinCAT软件系统的构成 34
5.2 风力机偏航系统的程序设计 35
5.2.1测量值滤波 35
5.2.2主程序 38
5.2.2自动润滑 39
5.2.3自动偏航 40
5.2.4自动解缆 42
5.2.5 人工偏航 43
5.3编译、调试、仿真 43
5.3.1 编译 43
5.3.2 调试 44
5.3.3 仿真 44
5.4本章小结 45
第六章 总结与展望 46
6.1全文总结 46
6.2展望 46
参考文献 47
附录A 偏航系统程序 48
附录B 变频器参数表 57
附录C 变频器参数设置 61
附录D 偏航电机参数表 66
附录E 硬件选型 67
附录F beckhoff模块介绍 68
附录G 实时可视化画面 76
致谢 77