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风力控制系统的设计综述

目录

TOC\o1-2\h\u13460风力控制系统的设计综述 1

254271.1变桨系统的控制原理 2

320621.1.1变矩控制 2

311581.1.2转速控制 2

121781.1.3功率控制 3

118771.2PLC的设计 4

10790（1）输入输出点数的估算 4

486（2）控制功能选择 5

16010（3）PLC的结构形式 5

36231.3单片机程序设计 6

233344、至停机状态 8

69961.1正常停机 8

54321.2快速停机 8

103551.3紧急停机 8

70421.4设计准则 8

280971.5设计步骤 9

81061.6结构设计 9

202691-轮毂；2-交流电机；3-变桨轴承；4-齿轮箱 9

295321.6.1轮毂的设计 10

100761.6.2轴承的设计 10

关键技术是风力发电站的控制和伺服驱动技术。主要控制技术是由风轮机变桨系统组成的闭环控制系统。控制系统的设计主要讨论了变桨系统。

1.1变桨系统的控制原理

变桨系统的控制风速原理是通过两个速度控制器来实现的，速度的变化会引起电路中电流的变化，电流的变化反馈给速度控制器就会实现电流的稳定输出，原理如图4-1所示：

图4－1控制系统分布图

1.1.1变矩控制

变距控制系统实际上是一个随动系统，其控制过程如图4－2所示。

变桨距系统的执行机构是控制电机即上章所选的交流永磁伺服电动机，节距控制器的输出信号给S7-200后变成脉冲信号控制电动机，驱动齿轮箱，推动变桨轴承，使桨叶节距角变化。轴承转动的角度反馈信号由磁电式编码器测量，经转换后输入比较器。与电机上的光电编码器的输出信号进行比较以确定系统的准确与稳定性。

1.1.2转速控制

控制系统的目的是在发电机开始启动的三分钟内，进行速度提升，当转速稳定在额定转速时，连接用电器。

图4-3转速控制

控控制系统主要通过PD控制器、PI控制器，对节距进行非线性化转化，从而实现节距角增大而增益减少的现象。

1.1.3功率控制

功率控制的实现是通过发电机的转子电流的控制技术实现的，通过控制控制电流来实现风扇转速的调整，从而互补由于风速的改变引起输出功率的变化。

（1）功率控制系统

如图4-4所示，功率控制系统的作用关键是两个电流回路。外部的回路以检测风扇转速而形成的输出功率为目的，内部的小回路是通过电流的变化来控制伺服电机，从而改变风扇叶轮的转速。这样就可以确保实现输出的功率稳定。

图4－4功率控制系统

（2）转子电流控制器原理

转子电流控制器的实质是通过改变滑动电阻的电阻值来改变电流。在额定功率下，发电机转差率可以从百分之一到百分之十变化，相应的平均转子电阻从百分之零到百分之百变化。具体是通过检测电路中的电流变化，从而增大或减小滑动变器的阻值，从而改变电机的转差率，因此保证电路中的电流一直稳定不变。

图4-5转子电流控制系统

由电流与电机的转差率计算关系式可知发心机的电磁转矩为：

（18）

式中P———电机极对数；

———电机定子相数；

———定子角频率，即电网角频率；

———定子额定相电压；

s———转差率；

———定子绕组的电阻；

———定子绕组的漏抗；

———折算到定子侧的转子每相电阻；

———折算到定子侧的转子每相漏抗。

根据式4-1，如果/s保持一定，就是一个定值。若风速v变化，通过调整的值，可以实现/s不发生变化，这样发电的功率就不会发生变化。

1.2PLC的设计

根据风力机变桨控制系统的特定环境、工艺流程以及应用要求估算出输入输出点数、所需存储容量、进行PLC机型进行选型并由此大体规划实现控制要求的程序流程图。当然对PLC的选型不可能兼顾到问题的方方面面，本文只需抓住主要矛盾，从大处着手即可，而对其他的旁枝末节可以不予特别考虑。

（1）输入输出点数的估算

风力机变桨控制系统数字输入点数有8个，均为常开开关，其中I0.0为高速计数器HSC0的计数进口，HSC0采集磁电式传感器的输出脉冲；I0.2为正常停机开关；I0.3为快速停机开关；I0.4为紧急停机开关；I0.6为高速计数器HSC1的计数进口，HSC1采集伺服电机上光电编码器的输出脉冲；I1.0为90°处的行程开关；I1.1为93°处的行程开关；I1.2为高速计数器HSC2的计数进口，HSC2采集叶轮上光电编码器的输出脉冲。

风力机变桨控制系统模拟输入点数有1个，采集风速