风力发电原理课程设计指导书.pdf

风力发电原理课程设计指导书 2014 年版 （ ） 河北工业大学 风能与动力工程系 一、设计目的 风力发电是风能利用的主要形式，风力发电机组（以下简称风机） 是将风能转化为电能的主要设备。控制系统是其中重要的组成部分，不 仅保证风机的正常运行，而且要从风中捕获尽可能多的能量转化为电 能，平稳地送入电网。 风力发电原理课程设计是一个综合运用知识的过程，它涵盖了风力 发电、传感器、计算机控制系统、可编程逻辑控制器、现场总线等方面 的基础知识。 本次课程设计以 300KW 的海上风力发电机组为控制对象， 通过系统 设计，以便使学生掌握风力发电控制系统设计的总体思路和方法。 二、设计内容 设计内容包括： （1 ）系统分析，包括需求分析、对象特性分析、安全分析等； （2 ）控制系统设计，包括控制逻辑、控制回路、控制算法等的选择 及理由，风电机组开机、停机等控制逻辑以流程图表达； （3 ）控制系统选型，包括 PLC 、IO 卡件、通讯网络的选择，并表 达出各单元之间的信号连接； （4 ）控制方案经济效益分析。 下面是风机参数及控制要求介绍。 一、风机模型介绍 1. 风机机型 变桨距变速风力发电机组，具体包括：风轮、机舱、塔架。风轮采用水平轴、三叶片、上 风向布置；叶片采用液压变桨系统；舱内机械采用沿轴线布置，主要包括变速齿轮箱、双馈异 步发电机；偏航系统采用异步电机控制。 风机位于海上风电场中，从海风中捕获能量并网发电。海面风力在 6 级左右，平均风速 12m/s。为实现无人值守，必须进行全自动控制。 2. 设计参数 变量名称 设计参数 变量名称 设计参数 额定功率 300 KW 额定风速 12 m/s 叶片半径 15 m 启动风速 4 m/s 叶片数量 3 个 切出风速 25 m/s 发电机额定转速 1550 rpm 偏航转速 1.2 deg/s 齿轮箱增速比 1:28.1 偏航角范围 -1800~+1800 deg 1) 桨距角范围 0~90 deg 1) 偏航角每 360 °为 1 圈，偏航角范围 -1800 °~+1800 °即为 -5 圈~+5 圈。 3. 输入输出数据 （1）发往控制器的模拟量数据 变量名称 单位 变量名称 单位 风速 1~2 m/s 传动系统润滑油液位 % 风向 1~2 deg 传动系统润滑油温度 ℃ 桨距角 1~3 deg 传动系统冷却水温度 ℃ 偏航角 deg 风轮转速 1~3 rpm 发电机转速 rpm 有功功率 KW