浓缩风能型风力发电机迎风自动控制系统
风力发电机控制系统介绍
风力发电机控制系统介绍控制系统概述第一部分•风力发电机组的控制系统由各种传感器、控制器以及各种执行机构等组成。
各种传感器包括：风速传感器、风向传感器、转速传感器、位置传感器、各种电量变送器、温度传感器、振动传感器、限位开关、压力传感器以及各种操作开关和按钮等。
这些传感器信号将传送至控制器进行运算处理。
第一部分控制系统基础主控制器一般以PLC为核心，包括其硬件系统和软件系统。
上述传感器信号表征了风力发电机组目前的运行状态。
当机组的运行状态与设定状态不相一致时，经过PLC的适当运算和处理后，由控制器发出控制指令，将系统调整到设定运行状态，从而完成各种控制功能。
这些控制功能主要有：机组的启动和停机、变速恒频控制、变桨距控制、偏航控制等。
控制的执行机构可以采用电动执行机构，也可采用液压执行机构等。
•目前，风力发电机组主要有两种系统控制方式，即恒速恒频控制方式和变速恒频控制方式。
前者采用“恒速风力机+感应发电机”，常采用定桨距失速调节或主动失速调节来实现功率控制。
后者采用“变速风力机+变速发电机”，在额定风速以下时，控制发电机的转矩，使系统转速跟踪风速变化，以保持最佳叶尖速比，最大限度地捕获风能；在额定风速以上时，采用变速与变桨距双重控制，以便限制风力机所获取的风能，保证风电机组恒功率（一般为额定功率）输出。
PLC的控制顺序主控制系统（PLC）•WP4051 WPL110 WP4000 WPL150 WPL351 WPL351•触摸屏电源(通信)模块CPU模块电量测量模块I/O模块I/O模块可给8个存储、处理数据实时DSP 2个RS-485接口模块供电2个串口、电量测量16个DO、26个DI、4个AO光纤通信1个以太网接口可测量三相：4个计数器输入、以太网接口编程环境C、电压电流8个PT100、IEC61131-3 有功无功4个AI（±10V）功率因数4个AI（0~20mA）2个热敏电阻输入•目前，风力发电机组主要有两种系统控制方式，即恒速恒频控制方式和变速恒频控制方式。
风力发电机组控制系统
风力发电机组控制系统一风电控制系统简述风电控制系统包括现场风力发电机组控制单元、高速环型冗余光纤以太网、远程上位机操作员站等部分。
现场风力发电机组控制单元是每台风机控制的核心，实现机组的参数监视、自动发电控制和设备保护等功能；每台风力发电机组配有就地HMI人机接口以实现就地操作、调试和维护机组；高速环型冗余光纤以太网是系统的数据高速公路，将机组的实时数据送至上位机界面；上位机操作员站是风电厂的运行监视核心，并具备完善的机组状态监视、参数报警，实时/历史数据的记录显示等功能，操作员在控制室内实现对风场所有机组的运行监视及操作。
风力发电机组控制单元（WPCU）是每台风机的控制核心，分散布置在机组的塔筒和机舱内。
由于风电机组现场运行环境恶劣，对控制系统的可靠性要求非常高，而风电控制系统是专门针对大型风电场的运行需求而设计，应具有极高的环境适应性和抗电磁干扰等能力，其系统结构如下：风电控制系统的现场控制站包括：塔座主控制器机柜、机舱控制站机柜、变桨距系统、变流器系统、现场触摸屏站、以太网交换机、现场总线通讯网络、UPS电源、紧急停机后备系统等。
风电控制系统的网络结构。
1、塔座控制站2、塔座控制站即主控制器机柜是风电机组设备控制的核心，主要包括控制器、I/O模件等。
控制器硬件采用32位处理器，系统软件采用强实时性的操作系统，运行机组的各类复杂主控逻辑通过现场总线与机舱控制器机柜、变桨距系统、变流器系统进行实时通讯，以使机组运行在最佳状态。
3、控制器的组态采用功能丰富、界面友好的组态软件，采用符合IEC61131-3标准的组态方式，包括：功能图（FBD）、指令表（LD）、顺序功能块（SFC）、梯形图、结构化文本等组态方式。
4、2、机舱控制站5、机舱控制站采集机组传感器测量的温度、压力、转速以及环境参数等信号，通过现场总线和机组主控制站通讯，主控制器通过机舱控制机架以实现机组的偏航、解缆等功能，此外还对机舱内各类辅助电机、油泵、风扇进行控制以使机组工作在最佳状态。
风力发电机文献综述
林内小型风力发电机风叶的设计摘要：随着国民经济的持续发展，能源危机的阴影正日益困扰着人类的生产和生活，因此人们开始把目光风能这个取之不尽、用之不竭的清洁能源，若风力发电机跟森林中的监测传感器配合，则能有效利用自然资源，实现可持续发展。
本文就林内小型风力发电机叶片原有的基础上进行优缺点分析，总结国内外风力发电机的发展和现状。
前言本人毕业设计题目为《林内小型风力发电机叶片部件的设计》，主要针对垂直轴风力发电机叶片部件的设计进行研究，对现有风力发电机的叶片发展历史进行总结分析，探索其优越性和可行性。
本文主要查询了2000年以来的有关小型风力发电文献期刊。
主体风力发电机分为水平轴风机和垂直轴风机。
水平轴风机最为典型的代表是3个叶片的荷兰风车，也是目前阶段技术最成熟，应用最广泛，占据主流市场的产品。
水平轴风机主要包括叶片技术、发电机和传动技术、并网技术三大部分。
其中叶片技术是其核心部分，叶片除了靠叶素理论计算和设计外，还要靠经验对计算值进行修正，对操作人员的技术要求十分高。
而我国是从20世纪80年代后期才涉足风力发电这一新兴行业，技术远远落后与世界发展水平，其研究主要是引进、吸收、消化叶片设计技术，没有自己的独立成果。
到2006年底，中国进入或正在进入大型风机市场的厂商已超过20家1 ，从企业数量上看，中国的企业数量超过了全世界风机厂商数量的一倍以上，但均缺乏叶片这一核心技术的独创性。
垂直轴风机，即转轴垂直于地面的风机，其历史可以追溯到几千年前，人们利用垂直轴风车进行提水。
而垂直轴风力发电机的发明则要比水平轴的晚很多，知道20世纪20年代才开始出现。
由于人们普遍认为垂直轴风轮的尖速比不可能大于1，风能利用率低于水平轴风力发电机，因而导致垂直轴风机长期得不到重视。
然而，随着科技日新月异和人类认识水平的不断提高，人们逐渐意识到垂直轴风机的尖速比不能大于1只适用于阻力型风机，而升力型风机的尖速比甚至可以达到6，并且其风能利用率也不低于水平轴，于是越来越多的人认识到垂直轴风机的发展前景，并大大提高了其研发技术，取得了突破性进展。
用于风力发电的新型集风装置自动控制系统设计
中原工学院学报 ＪｏＵＲＮＡＬ ｏＦ ＺＨｏＮＧＹＵＡＮ ＩＮＳＴＩＴＵＴＥ ｏＦ ＴＥＣＨＮｏＬｏＧＹ
Ｖｏｌ－１７ Ｎｏ．３ Ｊｕｎ．，２００６
文章编号：１６７１—６９０６（２００６）０３—００４１—０４
用于风力发电的新型集风装置自动控制系统设计
张谦
（中原工学院，郑州４５０００７）
角，以便最大效率地利用风能，控制方法正确可行．
关键词： 直立式风力发电；集风装置；自动控制系统
源，‘在其它形式的 能源日趋枯竭的情况下，利用风能发电具有十分重要 的意义．风力发电系统也应该成为２１世纪中国重点发 展的能源开发项目之一，有关专家提出，高效、清洁、多 样的风力发电是我国能源和电力可持续发展战略的最 现实选择…．
风向（参考坐标）
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图３ 理想工作状态示惹图
规定：动态过程中以风向为参考方向构成直角坐 标系，角度以逆时针为正方向，其中ｙ为架子与风向 之间的夹角．
架子以风向为参考方向时，４个分支架规定如下： 安装方向传感器支架编号为１，架子上风叶与分支架 之间夹角为０，，按顺时针方向，其余分支架编号依次为 ２、３、４，各风叶与分支架之间夹角绝对值分别为口ｚ、以、 六． ３．１ 理想目标角度０值计算公式
万方数据
· ４４
·
中原工学院学报
２００６年第１ ７卷
说明该集风装置具有实用价值，同时也证明了本文设
试验只是在模型样机上完成的，因此，与实际情况还有
计方案的正确可行．本系统属于随动控制系统，实验数
一定的区别，我们认为：实际生产时还要考虑许多细节
据如下：在任意位置，根据给定值的不同，系统调节时
风力发电机中的迎风自动系统论述浅析
风力发电机中的迎风自动系统论述浅析作者：郭嘉董泽来源：《山东工业技术》2014年第23期摘要：迎风自动系统是风力发电机的重要组成部分，对于保障风力发电机的正常发电有着直接影响。
风力发电机中的迎风自动系统可自动捕获风能，最大程度地使叶轮持续保持迎风状态，输出更多的电能。
因此应根据风力发电机中的迎风自动系统的工作原理和结构，进一步优化和完善迎风自动化系统，提高风力发电机的输出功率和经济效益。
本文分析了风力发电机中的迎风自动系统工作原理，阐述了风力发电机的迎风自动系统设计。
关键词：风力发电机；迎风自动系统；系统设计近年来，世界各国环境污染和能源短缺问题日益严重，风能作为一种重要的可再生能源，受到人们的广泛关注。
随着各种高新技术的快速发展，风力发电机的多机联网逐渐成为风力发电的重要趋势，而迎风自动控制是风力发电场的核心问题，因此必须加强对风力发电机中迎风自动系统的研究和开发力度，充分发挥风能发电的低成本、高效、节能的优势。
1 风力发电机中的迎风自动系统工作原理1.1 风力发电机风力发电机主要由回转体、叶轮、发电机、扩散管、中央圆筒和收缩管等组成，叶轮前方安装有收缩管和增压管，后方加设扩散管，当流速和风向不断变化、能流密度较低的自然风通过发电机浓缩装置后，明显提高自然风的能流密度，并且使自然风保持流速均匀，改善发电机叶轮接收到风能品质[1]，从而保障长时间发电和良好的发电质量。
风力发电机特殊的流场和形体结构决定了其必须设置一套专门的迎风自动系统。
1.2 迎风自动系统迎风自动系统主要是为了满足风力发电机的联机并网发电的需求。
由于风力发电机的体积和质量较大，具有极大的惯性力，普通的机械控制难以准确完成对风，因此应设计迎风自动系统。
对于风力发电机的迎风自动系统，由于发电机叶轮被设置在浓缩装置内部，改变叶片的大小和形状受到空间限制，并且会影响叶轮受到的空气动力，影响风力发电机的运行性能，因此不适合采用扰流或者变桨，最好是能够设计一套专门的迎风自动控制系统，在大风时实现风力发电机的顺桨限速，保持风向和叶轮扫掠面相互平行。
浓缩风能型风力发电机组的安装、使用与维护
浓缩 风 能 型 风力 发 电机 组 由内蒙 古 农 业 大
学新 能 源技 术 研究 所 研 制 。已获 得 中 国实 用 新
型专利 （ 利号 ：Ｌ ４ ４ １５９ 。现 已研 制 出可 专 Ｚ ９ ２ ４ ５ ．） 用 于 独立 运 行 、风光 互 补 运 行 的 ２ ｏ ３ ｏ 、 ｏ Ｗ、ｏ Ｗ
如果 绳 子打 了一个 结 ， 那么其 强 度会 降低 ４ ％； ０
的经济 效 益和 环保 效益 【 ｎ 。 １ 浓缩 风 能型风 力发 电机 组 的组 成与 特点 １ 叶轮 ． １ 叶轮是 浓 缩 风能 型风 力 发 电机 组从
能 流 密度 ， 低 了 自然 风 的湍 流度 ， 降 改善 了风 能 的不稳 定 等 弱点 ， 高 了 风能 品位 ， 提 降低 了 风 电
２２１ 应 特 别 注意 绳 索 、滑 轮 和其 它辅 助 安 装 ．． 设备 的强 度 。通 常 ， 根直径 为 １ ｍ 一 ０ ｍ粗 的尼龙
绳 可 以 承 受 １ ｘ ０ Ｎ 的 拉 力 ， 一 根 直 径 为 ． ｌ４ ８
１ｍ ０ ｍ粗 的 白棕 绳可 以承 受 １ ７ ｌ ４ 的拉 力 。 ． ｘ ０Ｎ １
增大 ， 转速 降低阁 。
１ 浓 缩风 能装 置 浓 缩 风 能 装 置 由收 缩 管 、 ． ３ 中央 圆筒 和 扩散 管 组成 。该装 置 能使 流 经 的稀 薄 空气 加 速 、 流 和均 匀 化 ， 而 提 高 了风 能 的 整 从
本 低 等特 点 ， 高 了 风 电商 品竞 争 力 ， 有 明显 提 具
缩后 利 用 ， 效地 对 自然风进 行 了加 速 、 流 ， 有 整 改善 了风 能 密度 低 和 不稳 定 性 ， 高 了风 力发 电机 工 提 质 的品 位等 特 点 。重 点 阐述 了浓 缩风 能型 风 力发 电机 组 的安 装 、 用 方法 和运 行 、 使 维护 时 的注 意事
风力发电机的风向控制系统说明书
风力发电机的风向控制系统说明书一、引言风力发电机作为一种清洁、可再生的能源发电设备，受到了越来越多的关注和应用。
风向控制系统是风力发电机中至关重要的一个部分，它能够将风能转化为电能的效率最大化。
本说明书旨在提供风向控制系统的详细说明和操作指南，确保用户能够正确安装、调试和操作系统。
二、系统组成风向控制系统由以下几个主要组成部分构成：1. 风向传感器：通过感知风的方向，将信号传递给控制系统；2. 控制器：接收风向传感器传来的信号，根据设定参数进行计算和控制；3. 驱动系统：根据控制器的指令控制风力发电机的倾斜角度，使其朝向风的方向；4. 电力输出系统：将通过风力发电机转化的机械能转化为电能并输出。
三、系统安装与调试1. 安装：a. 风向传感器：应安装在风力发电机的最高点，确保能够准确感知风的方向；b. 控制器：根据用户需求，选择合适的位置进行安装，建议防止暴雨和阳光直射；c. 驱动系统：根据风力发电机的设计结构，选择合适的方式安装；d. 电力输出系统：根据风力发电机的设计要求，连接输出设备。
2. 调试：a. 风向传感器：通过检测风向传感器输出的信号，确认其准确性；b. 控制器：根据用户需求，进行参数设置和校准，确保控制器的正常运行；c. 驱动系统：根据控制器的指令，调整风力发电机的倾斜角度，观察是否与风向传感器的信号一致；d. 电力输出系统：确认电力输出的稳定性和输出功率符合预期。
四、系统操作与维护1. 操作：a. 启动系统：确保风力发电机与电力输出系统连接正常后，按照操作指南启动系统；b. 监控系统：定期监测风力发电机的运行状态和电力输出情况，及时处理异常情况。
2. 维护：a. 定期检查风向传感器和控制器的连接是否牢固，如有松动及时紧固；b. 清洁风向传感器和控制器，确保其表面干净，避免灰尘和水分影响正常工作；c. 定期检查驱动系统的润滑情况，确保其部件间的摩擦减小，延长使用寿命；d. 维护电力输出系统的电缆、绝缘体等相关设备，确保其安全可靠。
风力发电机组控制系统介绍
风力发电机系统及其自动化控制
风力发电机系统及其自动化控制一、引言风力发电是一种利用风能转化为电能的可再生能源技术。
风力发电机系统是由风力发电机、传动系统、发电机控制系统和电网连接系统等组成的。
自动化控制技术在风力发电机系统中起着至关重要的作用，可以提高系统的效率和可靠性。
本文将介绍风力发电机系统的基本原理和自动化控制技术。
二、风力发电机系统的基本原理风力发电机系统的基本原理是利用风能驱动风力发电机转动，通过传动系统将机械能转化为电能，并将电能输送到电网中。
风力发电机通常由风轮、主轴、发电机和控制系统组成。
1. 风轮风轮是风力发电机的核心部件，它通过叶片捕捉风能并转化为机械能。
风轮通常由数个叶片组成，叶片的形状和数量会影响风力发电机的性能。
2. 主轴主轴是连接风轮和发电机的部件，它将风轮转动的机械能传递给发电机。
主轴通常由高强度的材料制成，以承受风力发电机的转动力矩。
3. 发电机发电机是将机械能转化为电能的设备。
风力发电机通常采用异步发电机或永磁同步发电机。
发电机的输出电压和频率需要与电网保持一致，因此需要通过控制系统来调节发电机的转速。
4. 控制系统控制系统是风力发电机系统的核心部分，它负责监测和控制风力发电机的运行状态。
控制系统通常包括风速测量装置、转速测量装置、电压测量装置和控制器等。
通过对测量数据的分析和处理，控制系统可以实现对风力发电机的自动化控制。
三、风力发电机系统的自动化控制技术风力发电机系统的自动化控制技术主要包括风速控制、转速控制和电压控制等。
1. 风速控制风速控制是通过调节风轮的转动速度来控制风力发电机的输出功率。
当风速较低时，风力发电机的输出功率较低，可以通过提高风轮的转速来提高输出功率；当风速较高时，风力发电机的输出功率较高，可以通过降低风轮的转速来控制输出功率。
2. 转速控制转速控制是通过调节发电机的转速来控制风力发电机的输出电压和频率。
当电网电压和频率发生变化时，控制系统可以通过调节发电机的转速来使输出电压和频率保持稳定。
自动控制系统中的风力发电控制与优化
自动控制系统中的风力发电控制与优化风力发电作为一种清洁、可再生的能源形式，越来越受到人们的关注和应用。
而在实际的风力发电系统中，自动控制系统发挥着至关重要的作用，能够提高风力发电的效率和可靠性。
本文将从风力发电控制的基本原理、风力发电系统的自动控制策略、风力发电系统的优化以及未来发展方向等方面进行论述。
一、风力发电控制的基本原理风力发电控制的基本原理是通过对风力发电机组和风力发电系统进行监测和调节，保持发电机组的工作状态在最佳工作点，以提高发电效率。
主要包括对风轮转速、转矩、偏航控制等方面的调节。
风轮转速的控制是风力发电控制的核心。
当风速变化时，风轮的转速也需要相应地调整，使得风轮的转速始终保持在最佳工作点。
通过风速传感器实时监测风速，并根据预先设定的转速曲线调节发电机组的转速，可以有效提高风力发电的效率。
同时，风力发电控制还需要对发电机组的转矩进行调节。
当风速较低时，需要提高转矩，使得发电机组能够在较低的风速下开始发电。
而当风速较高时，需要降低转矩，以保护发电机组不受损坏。
此外，偏航控制也是风力发电控制中不可忽视的一环。
通过对风轮的偏航角度进行调节，可以使风轮始终面向风向，最大限度地利用风能。
这需要借助风向传感器实时监测风向，并通过控制机构调整风轮的偏航角度。
二、风力发电系统的自动控制策略为了实现风力发电的自动化控制，需要制定一套合理的控制策略。
这些策略主要包括最大功率跟踪控制、风速和风向监测控制、安全保护控制等。
最大功率跟踪控制是风力发电系统控制的核心。
该控制策略通过实时监测风速和转速，根据最佳工作点曲线调节风轮的转速和转矩，以使风力发电机组始终工作在最大功率点。
这需要借助微处理器或PLC等设备进行数据处理和控制。
同时，风力发电系统还需要风速和风向监测控制。
风速和风向传感器实时监测环境中的风速和风向，并将数据反馈给控制系统。
控制系统根据风速和风向的变化，调节风轮的偏航角度和转速，以使风力发电机组始终面向风向，并充分利用风能。
风力发电机组控制系统介绍
故障预警机制
建立故障预警机制，提前预测可能出现的故 障，避免意外停机带来的损失。
04 功能模块详解
偏航控制系统
风向标与传感器
实时监测风向变化，为偏航控制提供准确数据。
偏航电机与减速器
驱动机组偏航，确保风轮始终对准风向。
偏航轴承与润滑系统
风力发电机组控制系统介绍
目录
• 引言 • 控制系统组成与原理 • 关键技术与实现方法 • 功能模块详解 • 操作与维护管理 • 发展趋势与挑战
01 引言
背景与意义
能源危机与环境污染
风力发电技术的发展
随着化石能源的日益枯竭和环境污染 的加剧，可再生能源的开发利用成为 迫切需求。
随着风力发电技术的不断进步和成熟， 风力发电机组在电力系统中的比重逐 渐增加。
高风能利用率。
独立变桨控制
通过对每个叶片的独立变桨控制，减 少风力发电机组在复杂风况下的载荷 波动，提高稳定性。
安全保护控制
在极端天气或机组故障等情况下，及 时采取制动、停机等保护措施，确保 风力发电机组的安全运行。
03 关键技术与实现方法
传感器技术应用
风速风向传感器
用于实时监测风速和风向，为 控制系统提供输入信号。
01
02
03
智能化监测与诊断
利用先进传感器和算法， 对风力发电机组进行实时 监测和故障诊断，提高运 维效率。
智能化控制策略
基于大数据和人工智能技 术，优化风力发电机组的 控制策略，提高发电效率 和稳定性。
智能化运维管理
利用物联网和云计算技术， 实现风力发电机组的远程 监控和运维管理，降低运 维成本。
风力发电站的智能控制系统
风力发电站的智能控制系统随着人类社会的不断发展和对可再生能源的需求不断增加，风力发电作为一种清洁、高效的能源形式备受关注。
风力发电技术已经取得长足的进步，而风力发电站的智能控制系统是确保风力发电设备高效运行的关键。
本文将对风力发电站的智能控制系统进行深入研究，探讨其工作原理、技术特点及未来发展趋势。
首先，风力发电站的智能控制系统是指通过先进的电子技术和通信技术，实现对整个风力发电站的智能化监控与控制。
这种系统主要由传感器、执行器、控制器和通信网络等多个部件组成，能够实现对风力发电机组的远程监控、运行状态的实时调整以及故障诊断与处理。
通过智能控制系统，风力发电站可以实现高效率、高可靠性的运行，最大程度地提高发电效率，减少能源浪费。
其次，风力发电站的智能控制系统具有许多独特的技术特点。
首先是高度自动化，系统能够实现对风力发电机组的全自动控制，减少人为干预，提高运行的稳定性和安全性。
其次是智能化管理，系统可以实现对风力发电机组的智能化管理，及时发现并解决潜在问题，提高设备的可靠性和使用寿命。
此外，智能控制系统还具有高效率、高灵活性和易于维护等重要特点，为风力发电行业的发展注入了新的活力。
在风力发电站的智能控制系统中，传感器是其核心组件之一。
传感器可以实时监测风力发电机组的各种状态参数，如转速、温度、振动等，将这些数据传输给控制器进行处理。
通过传感器的监测，系统可以实时掌握风力发电机组的运行状态，并根据实际情况对其进行调整，最大程度地提高发电效率。
传感器的精准、灵敏是智能控制系统能够有效运行的基础，其质量和性能直接影响到系统的稳定性和可靠性。
另外，风力发电站的智能控制系统中的控制器也是至关重要的。
控制器是整个系统的大脑，负责对传感器监测到的数据进行分析处理，并根据预设的控制策略对风力发电机组进行调整。
控制器的性能直接决定了系统的响应速度和控制精度，影响着整个系统的运行效率。
因此，控制器的设计与优化对于风力发电站的智能控制系统至关重要，需要充分考虑系统的稳定性、实时性和可靠性，以确保系统能够有效运行。
风力发电机系统及其自动化控制
风力发电机系统及其自动化控制一、引言风力发电是一种利用风能转化为电能的可再生能源技术。
风力发电机系统是实现风能转化的关键设备，而自动化控制则是提高风力发电系统效率和稳定性的重要手段。
本文将介绍风力发电机系统的组成和工作原理，并探讨其自动化控制的关键技术。
二、风力发电机系统的组成风力发电机系统主要由风力发电机组、变频器、变压器、电网连接和监控系统等组成。
1. 风力发电机组风力发电机组是风力发电系统的核心部件，其主要由风轮、发电机和塔架组成。
风轮是转动的部分，通常由数片叶片组成，叶片的设计和材料选择直接影响风力发电机组的性能。
发电机是将风能转化为电能的装置，常用的有同步发电机和异步发电机两种。
塔架用于支撑风轮和发电机，使其能够高效地利用风能。
2. 变频器变频器是将风力发电机组产生的交流电转换为适合电网输送的交流电的装置。
它能够根据电网的要求调整输出电压和频率，实现风力发电系统与电网的匹配。
3. 变压器变压器用于将变频器输出的电能升压至电网所需的电压水平，以便输送到电网中。
4. 电网连接电网连接是将风力发电系统与电网相连的关键环节。
通过电网连接，风力发电系统可以将产生的电能输送到电网中，实现对外供电。
5. 监控系统监控系统用于实时监测风力发电机组的运行状态和电能输出情况。
通过监控系统，可以及时发现故障并采取相应措施，保证风力发电系统的安全稳定运行。
三、风力发电机系统的工作原理风力发电机系统的工作原理是利用风能驱动风轮旋转，进而带动发电机产生电能。
具体工作过程如下：1. 风轮转动当风力作用于风轮叶片时，风轮开始转动。
风轮的转动速度与风速、叶片形状和数量等因素有关。
2. 发电机发电风轮的转动带动发电机转子旋转，通过磁场感应原理产生电能。
同步发电机通过转子和定子之间的磁场耦合产生电能，而异步发电机则通过转子感应电流产生电能。
3. 变频器调节发电机产生的交流电经过变频器转换为适合电网输送的交流电。
变频器可以根据电网的要求调整输出电压和频率，以实现与电网的匹配。
领跑新能源：浓缩风能发电机
组。200W、300W、1kW机组先后在内蒙古、河 北省、山西省、云南省、北京市应用，并销往日 本岛根县、群马县等6个地区，出口创汇。 据悉，目前浓缩风在国内外有
28台实验装机示范应用，浓缩风能发电机正在走 向大、中型发电机组研发的道路。2007年10月，ห้องสมุดไป่ตู้在国际上较早提出并发展浓缩风能风能理论的研 究者田德，正在华北电力大学
对向力矩，配合尾翼，灵敏度高，所采用的天方 地圆结构，使导向平稳。 浓缩风能发电可领跑新能源新能源 在所有的可再生能源里面，风能发电在技术上比 较成熟，而且同常
规能源发电比较成本也比较低了。“一般的并网 发电可以做到每度0.6元，离网稍高一点，也就 每度1元。”田德介绍说。 以前由于地理的原因，田德的团队主要发展离网 型机
叶轮、机组和电气系统冲击力减小，相应的振动 减小，如此一来，提高了设备的使用寿命。 浓缩风能发电机的噪音如何 浓缩风能装置在风力发电机叶轮和机组周围加置 了扩散
式流路，显著降底了噪音，这种模式的机组可将 嗓音降低到50分贝以下。“降低到50分贝以下就 属于国家的教育文化区的噪音允许标准，不会影 响人们的正常生活。”田德说。
质的电吗？浓缩风吹来的电是不是一定能降低成 本？就这些问题，记者采访了华北电力大学可再 生能、能源学院博士生导师/内蒙古农业大学博士 生导师田德。 “靠流场的结构特
性将风加速、整流是浓缩风的关键技术。”田德 说。通过风洞实验和在中国、日本进行的小型机 组实际运行的实验,证明了浓缩风能理论的科学性, 也证明了风是可以被浓缩的。浓缩
电已经20余年了，做什么事情就是要遵循个科学 的道理，克服困难、坚忍不拔的做下去。”田德 总结过去的道路，感慨的说道，这份自信来自他 对科学的信任。从最开始1997年
自动控制在智能风力发电系统中的应用
自动控制在智能风力发电系统中的应用智能风力发电系统是一种能够有效利用风能来产生电能的系统。
在智能风力发电系统中，自动控制技术起着至关重要的作用。
本文将探讨自动控制在智能风力发电系统中的应用。
一、背景介绍智能风力发电系统通过将风能转化为机械能，再进一步转化为电能，来满足人们对于可再生能源的需求。
然而，由于风力的不稳定性和不可控性，确保智能风力发电系统在不同的环境和气候条件下都能高效运行成为一项具有挑战性的任务。
二、自动控制的重要性在智能风力发电系统中，自动控制技术能够实时感知环境的变化，并对发电机组进行精确调节，以实现最佳发电效率。
自动控制系统还能够监测风速和转速，确保风力发电机的安全运行。
因此，自动控制技术在智能风力发电系统中的应用至关重要。
三、风速和转速检测为了确保智能风力发电系统的安全运行，需要实时监测风速和转速。
通过在风力发电机组上安装传感器，可以准确地测量当前的风速和转速。
这些测量数据会通过自动控制系统传输给主控制台，从而实现对风力发电机组的控制和调节。
四、最大功率点跟踪控制最大功率点跟踪（MPPT）控制是智能风力发电系统中常用的自动控制策略。
通过不断调节发电机组的电压和速度，MPPT控制能够确保风力发电系统在不同的风速下都能以最佳的效率产生电能。
这种自动控制策略可以最大程度地提高发电系统的转换效率，从而实现更高的能源利用率。
五、故障监测和诊断自动控制系统还能够监测智能风力发电系统的故障，并进行相应的诊断。
通过对传感器数据和控制信号进行实时分析，自动控制系统可以检测到风力发电机组中的故障，并及时向操作员发出警报。
这种故障监测和诊断功能有助于减少系统的维修时间，提高系统的可靠性和稳定性。
六、远程监控和管理随着物联网技术的发展，智能风力发电系统可以实现远程监控和管理。
通过将自动控制系统与云平台相连接，可以实时地监测风力发电机组的状态和性能。
这种远程监控和管理功能可以大大提高智能风力发电系统的运行效率，减少运维成本。
风力发电机控制系统
风力发电机控制系统风力发电机由多个部分组成，而控制系统贯穿到每个部分，相当于风电系统的神经。
因此控制系统的好坏直接关系到风力发电机的工作状态、发电量的多少以及设备的安全。
目前风力发电亟待研究解决的的两个问题：发电效率和发电质量都和风电控制系统密切相关。
对此国内外学者进行了大量的研究，取得了一定进展，随着现代控制技术和电力电子技术的发展，为风电控制系统的研究提供了技术基础。
控制系统的组成风力发电控制系统的基本目标分为三个层次：这就是保证风力发电机组安全可靠运行，获取最大能量，提供良好的电力质量。
控制系统组成主要包括各种传感器、变距系统、运行主控制器、功率输出单元、无功补偿单元、并网控制单元、安全保护单元、通讯接口电路、监控单元。
具体控制内容有：信号的数据采集、处理，变桨控制、转速控制、自动最大功率点跟踪控制、功率因数控制、偏航控制、自动解缆、并网和解列控制、停机制动控制、安全保护系统、就地监控、远程监控。
当然对于不同类型的风力发电机控制单元会不相同。
控制系统结构示意图如下：针对上述结构，目前绝大多数风力发电机组的控制系统都采用集散型或称分布式控制系统（DCS）工业控制计算机。
采用分布式控制最大优点是许多控制功能模块可以直接布置在控制对象的位置。
就地进行采集、控制、处理。
避免了各类传感器、信号线与主控制器之间的连接。
同时DCS现场适应性强，便于控制程序现场调试及在机组运行时可随时修改控制参数。
并与其他功能模块保持通信，发出各种控制指令。
目前计算机技术突飞猛进，更多新的技术被应用到了DCS之中。
PLC是一种针对顺序逻辑控制发展起来的电子设备，目前功能上有较大提高。
很多厂家也开始采用PLC构成控制系统。
现场总线技术(FCS)在进入九十年代中期以后发展也十分迅猛，以至于有些人已做出预测：基于现场总线的FCS 将取代DCS成为控制系统的主角。
控制系统技术风力发电系统中的控制技术和伺服传动技术是其中的关键技术，这是因为自然风速的大小和方向是随机变化的，风力发电机组的并网和退出电网、输入功率的限制、风轮的主动对风以及对运行过程中故障的检测和保护必须能够自动控制。
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文章编号：０２５４．００９６（２００３１０１—００９０—０４
浓缩风能型风力发电机迎风自动控制系统
季 田，田 德
（内蒙古农业大学，呼和浩特０１００１８）
摘要：风力发电机的迎风控制对于保证其正常发电十分重要。根据浓缩风能型风力发电机的形体结构，设计了由风向
标、ＰＩ。Ｃ明编程控制器、小型直流继电器、直流减速电动机、蜗轮蜗杆减速机等组成的闭环控制系统。实验结果表明整个
因该电位器直接影响着控制系统的好坏，故选用高 灵敏度、长寿命导电塑料角位移传感器，其ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ性度 ０ ２％，阻值ｌＫ，寿命可达５０×１０６次。
本系统采用基于ＩＰｌ６１２ ＰＬｃ的工业计算机控 制系统。ＩＰ系列ＰＬｃ是以一个高性能的单片微处 理机为核心，构成一种整体式的可编程控制器，具有
图２ ＩＰｌ６１２ ＰＩ￡控制系统电路原理图 ＦＩｇ ２ Ｅｌｅｃｔｒｏｃｉｒｃｕｉｔ ｄｉａｇｒａｍ ｏｆ ｔｈｅ ＩＰｌ６１２ ＰＬＣ∞ｎ￡ｒｄ ｓｗｔｅｍ
万方数据
—————————————————————————————————————一—————————————————一 ｌ期
季 田等：浓缩风能型风力发电机迎风自动控制系统
９１
的风向信号是Ｏ～＋５Ｖ的电压信号，输入可编程控 高集成度、高可靠性、扩展性，以及抗于扰能力强、编
制器的Ａ／Ｄ转换输入端，转化成Ｏ～Ｌ０２３的数字
蜗轮蜗杆减速器，其速比为５０：１，具有自锁功能。
且选用的减速器蜗轮轴线与风力发电机回转体的轴
１２Ｖ线圈的吸合开关，以控制电机的正反转。
线是平行的，因此两者之间的传动用一对直齿圆柱
齿轮即可实现。
２）为了满足大传动比的需要，电机选用了直流
减速电动机，该种电动机是由直流伺服电动机和行
星齿轮减速器构成。具有体积小，重量轻，效率高，
１０风向标 图ｌ迎风自动控制系统结构原理 ｎｇ．１ ＳｔｒＬｌｃｔｕｒｅ ｏｆ ａｕｔｏ＿ｃｏｎｔｆｏｌＩｉ城
ｓ”ｔｅｍ ｆｏｒ ｆａｃｉｎｇ ｔｈｅ ｗｉｎｄ
感受风向的变化，在其下部装有风向传感器。风力 发电机的转动反映在风向传感器上，风向标检测到
收稿日艚：２０叭．“．０５ 基金项目：国家自然科学基金资助项目（５９５６６００１）
ＩＰｌ６１２ ＰＬＣ内部集成有模拟量输入接口，可将 ０～＋５ｖ的电压模拟量转换成数值０～１０２３（ｏＶ和
动风力发电机机体转动，直到风力发电机叶轮重新 ０对应，＋５ｖ和１０２３对应）。而且信号输入电路已
迎风时为止。
经设计了光电隔离等抗干扰措施，故可将风向信号
２控制系统总体设计
的模拟量直接输入模拟量输入接口进行模数转换。 开关量输出接口按输出信号可分为交流开关量
１结构与工作原理
整个控制系统结构如图１所示。由风向标、可 编程控制器，小型直流继电器，直流减速电动机．蜗 轮蜗杆减速机等组成一个闭环控制系统。每隔～定
时间（取为１０ｓ）系统采集一次风向信号。风向由风 向标检测，风向标装于风力发电机中央圆筒的上方．
１．ＩＰｌ６１２ ＰＬｃ；２小型直流继电器３直流稳压器； ４直流减速电机；５联轴器；６．蜗轮蜗杆减速机； ７齿轮１；８．齿轮２；９．浓缩风能型风力发电机；
结构紧凑，输出转矩大的特点。与蜗轮蜗杆减速器
一起构成了大传动比传动，其总传动比可达１０８００：
Ｍ
１，使风力发电机可实现转速为Ｏ．２ｒｐｍ以下，即可
舟 倍
每５ｍｉｎ回转一圈。
感
器
２ ２控制系统的硬件电路设计
控制系统要求能够根据风向的变化适时作出反
应，控制电机的转向及启停，从而使风力发电机叶轮
始终正对风向。 风向标下部的风向传感器实际上是一电位器。
司的Ｍｌ０００—６００／１５０ｋｗ风力发电机的有关资料，
其采样阀隔为２００ｓ。本系统取采样间隔为１０ｓ，具
体应用时还需根据风场实际情况进行调整。
当风力发电机迎风面与风向一致时，风向传感
器输入的模拟量经Ａ／Ｄ转换后的值是“０”，且当风
向的变化在±１５ ４以内时（对应数据：０～４２及１０２３
～９８１），也认为风力发电机的位置是迎风的，不用调
万方数据
———ｔ—期 —————————————一———————————季———田——等———：——浓———缩——璺——堕——一竺璺塑兰皇竺竺璺！竺竺型苎竺——：！一
（Ｒｅｐｏｒｔ ＮＯ ⅢＡ ｃ。ｍｐ＿ａｒａｕＶｅ ｔｅｓｔ ｏ｛ｐ。ｗｅｒ ｇ曲。‘８一
ｎｏｎ）［Ａ］．Ｐｅｒｐｒ ｆｏｒｔｈｅＢｅｉｊｉｎｇ Ｉｎｔｅｍａｔｉｏｎａｌ ｃ抽ｆｅｒｅｎｃｅ
ＴＨＥ ＳＴＵＤＹ ｏＮ ＡＵＴｏ．ＣｏＮＴＲｏＬＬＩＮＧ ＳＹＳＴＥＭ ＦｏＲ ＦＡＣＩＮＧ ＴＨＥ ＷＩＮＤ ｏＦ ＴＨＥ ＣｏＮＣＥＮＴＲＡＴＥＤ ＷＩＮＤ ＥＮＥＲＧＹ ＴＵＲＢＩＮＥ ＳＥＴ
Ｊｉ Ｔｉａｎ，Ｔｉａｎ Ｄｏ
（ｈ辨ｒ ＭｏＨ“妇＾ｇⅢ“ｚ￡“撑哳ｆ喇商廿。蹦＾。￡０１００１８，瞄ｆｎⅡ）
ｔｅｃｈｎ０１《ｙ ｐｒｅｓＳ，１９９０，
［３］ ｌｊｎ Ｊｉｎｇｙａｏ，ｗａｎｇ Ｔｉｎ函ｉａｎｇ，Ｑｉ Ｈ舒ｈｅｎｇ·Ｔｈｅ ａｐｐｌｉｃａ—
ｔｌｏｎ ｍａｎｕａＩ ｏｆ ｅｎｅ蝌ｅｑｕｉｐｍｅｎｔ［Ｍ］ Ｂｅｉｊｉ“ｇ：ｃｈｉｎａ Ｍａ— ｃｈｉｎｅ ｐｒ∞，１９９２
［４］ ｓｕｎ Ｔ。ｎ ｇｉｉｎｇ，ｘｕ Ｄｅ Ｍｅａ璐ｏｆ Ｐ１ｒ ｒｅａｌｉｚ“ｔｈｅ ｓａｆｅ‘ｙ ｒｕｎ ｏｆ ｗｌｎｄ ｅｒＩｅｒｇｙ ｔｕｒｂｌｎｅ ｓｅｔ［Ｊ］ Ｎｅｗ釉ｅｒｇｙ，１９９７， １９（２）：６—８
系统可在风向变化超过±１５６时自动迎风，达到了设计要求。在程序设计中考虑了电缆缠结及解缆，可以使风电场管理
人员在较长的时期内不必检查电缆缠结情况，简化了风力发电机的维护过程。为浓缩风能型风力发电机组向中、大型并
网发电机组发展奠定了基础。
关键词：浓缩风能型风力发电机；迎风；ＰＬｃ；自动控制
中用分类号：ＴＫ８３
文献标识码：Ｂ
０引 言
风力发电机的叶轮当它正面迎风时，捕获的风 能最多，反之，所捕获的风能相对较少。所以，风力 发电机必须设置迎风调向机构，使叶轮最大程度地 保持迎风状态，以获取尽可能多的风能，从而输出较
大的电能。
浓缩风能型风力发电机的技术原理是将独特的 风力发电机叶轮置入浓缩（增速）装置中，叶轮前设 增速流路，叶轮后设扩散管，这样就克服了风能能量 密度低的弱点，把稀薄的风能浓缩后利用。同时，在 浓缩风能的过程中，能有效地克服风能的不稳定性 这一弱点，从而实现了提高风力发电机效率和可靠 性以及降低风力发电成本的目的［１］。该项技术已 获中华人民共和国专利（专利号：ＺＬ９４２４４１５５．９）。 为了使该型机能够顺利地向中、大型并网发电机组 发展，早日实现实用化，利用其形体特点设计专用的 迎风自动控制系统，发挥该机组运转平稳、高效节 能、发电成本低的优越性，使之便于并网发电是很有 必要的。
数值范围是０～１０２３（对应０。～３６０。）。计算时必须
按以下规则计算：
１）风向标与风力发电机之间位置差小于１８０。
时，角度差为：
△口＝日。一卧
式中： △日——角度差 日。——风向标位置量 口Ｔ——发电机位置量 ２）风向标与风力发电机之间位置差大于１８０。
图３ ＩＰｌ６１２ ＰＬＣ控制系统程序流程图
△口＝３６０。一口ｗ
通过以上分析不难看出，这样计算出的角度差
系统控制的对象是浓缩风能型风力发电机，根 据该机型的特点专门设计了迎风自动控制系统；系 统安装完成后，进行了长时间的运转试验，对其运行 状况进行了检测，结果表明整个系统的控制正确，各 项指标达到了设计要求。
本系统为将来浓缩风能型风力发电机组向中、 大型并网发电机组发展奠定了技术基础。
Ａｂｓｔｒ舵ｔ：Ｔｈｅ ｃｌｏｓｅｄ １００ｐ ｃｏｎｔｒｌｌｉｎｇ ｓｙｓｔｅｍ ｗｈｉｃｈ ｃｏｎｓｉｓｔｓ ｏｆ ｗｉｎｄ ｖａｎｅ，ＰＬＣ，ｓｍａｌｌ ｔｙｐｅ【）Ｃ ｒｅｌａｙ，ＤＣ ｄｅｃｅｌｅｒ—
ｗｏｍ ａｔｅ ｍｏｔｏｒ．ｄｅｃｅｌｅｒａｔｅ ｎｌａｃｈｉｎｅ ｏｆ
ｗｈｅｅｌ ａｎｄ ｗｏｒｍ，ｅｔｃ．ｗａｓ ｄｅｓｉｇｎｅｄ ａｃｃｏｒｄｉｎｇ ｔｏ ｔｈｅ ｆｅａｔｕｒｅ ｏｆ ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ
【参考文献】
（若大于１５。）就是风力机需转过的最小路径。可以 通过风向标读数是否大于１８０。来判定转向。比如。
［１］ ＴｉａｎＤ．Ｇｕｏ Ｆ，Ｌｉｕ ｓ．ｅｔ ａｌ Ａ谢ｎｄ。ｔｕｎｎｄｔｅｓｔ ｏｎｔｂｅ ｅｎｔｉｒｅｔｙ删３ｄｄ ０ｆ ｔｈｅ∞ｎｃｅｎｔ鲰ｔｅｄ ｗｉｎｄ即ｅｒｇｙ ｔｕｒｂｉｎｅ
第２４卷第１期
太 阳能学报
ｖｏｌ ２４，Ｎ０ １
２∞３年２，ｉ
ＡｃＴＡ ＥＮＥＲＧ【ＡＥ ｓｏＩ。ＡＲＩｓ ｓＩＮＩＣＡ
Ｆｅｂ·２００３
一一Ｉ＝＝；＝＝＝—：＝＝＝＝＝！＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝；＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝一
整【３ Ｊ。而当风向变化超过±１５。时，经过计算，按最
短路径将风力发电机转过相应角度，直到两者的角
度差在±１５。以内为止，同时累计正反转转过的角
度。当正转或反转的角度累计超过７２０４（两圈）时，
要使之反向旋转两周以锵缆，防止电线的缠绕Ｌ４］。
这里需要解决电机的转向问题。怎样确定电机
的转向使风力发电机转过最小路径。风向传感器的
ｐｒｏ鲫ｎｏｗ Ｆｉｇ ３ Ｔｈｅ
ｃｈｒ【０ｆｔｈｅ
ＩＰｌ６１２ ＰＬＣ∞ｎｔｒｏｌｌｉｎｇ ｓｙｓｔｅｍ
４结果与讨论
时，两者实际的角度差为：
３６０。一△口
实际上风向标固定在风力发电机的外壳上，发 电机位置量固定取为０，因此上述计算可以简化为：
①风向标读数小于１８０。时，
△口＝口ｗ
②风向标读数大于１８０。时，