风力发电机主控制系统的设计

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基于PLC的风力发电控制系统设计

基于PLC的风力发电控制系统设计随着科学技术的进步，新能源得以广泛应用，风力发电是我国科研人员掌握最熟练的技术之一。

这种技术是在我国丰富风能与配套系统的共同作用下，将风能转为电能。

由于风力发电控制系统仍存在一些问题，本文将在PLC的基础上对风力发电控制系统的设计技术进行研究。

标签：PLC；风力发电；控制系统0 前言社会经济的不断发展导致人们对能源的需求大幅度上升，但这种扩大的需求量加速了传统能源的损耗，各个国家开始重视能源的可持续发展问题。

在这基础上，新能源的出现与利用逐渐成为经济发展的重点，其中风能以其易开采、成本低的特点成为最受人们喜爱的一种能源。

同时，风力发电系统仍存在着一些问题，但通过PLC编程的控制系统可以有效的解决这些问题，提高其工作效率。

1 风力发电控制系统的原理叶片、加速齿轮箱、偏航装置、变频装置和控制系统等是风力发电系统的组成部分，每一个模块的互相配合才能保障整个系统的平稳运行。

下面对PLC风力发电系统中的每一个组成部件进行详细的介绍[1]。

1.1 叶片叶片是构成风轮的主要部件，其在风能转化为电能的过程中起着很重要的作用。

系统中叶片有着一定的要求，那就是要有良好的结构气动性。

通常是将两到三个结构气动性良好的叶片安装在轮毂，通过风的动力带动叶片，从而促进轮毂的运转，但这个速度相对来说是比较慢的，所以要在发动机与轮毂之间加入一套加速系统，使其速度达到可以发电的要求。

同时，由于风速的方向会不断发生变化，风向传感系统会将监测到的风向信息实时传送给PLC控制系统，因此需要根据实际情况及时调整叶片的角度，使其可以最大限度的利用风能。

1.2 加速齿轮箱由于依靠自然风力所带动的叶片转动的速度并不能满足风力发电的需求，因此需要通过加速齿轮箱的运用来加快轴旋转的速度，从而带动风轮上叶片的转速，使其达到发电设备对速度的标准。

1.3 偏航装置偏航装置的作用是根据实际情况改变风速与叶片之间的角度，以保证其能最大程度上的合理利用风能。

风力发电机组控制系统

昝润鹏双馈机运行原理图•控制系统利用DSP或单片机，在正常运行状态下，主要通过对运行过程中对输入信号的采集、传输、分析，来控制风电机组的转速和功率；如发生故障或其它异常情况能自动地检测并分析确定原因，自动调整排除故障或进入保护状态•DSP（digital signal processor）是一种独特的微处理器，是以数字信号来处理大量信息的器件。

其工作原理是接收模拟信号，转换为0或1的数字信号。

再对数字信号进行修改、删除、强化，并在其他系统芯片中把数字数据解译回模拟数据或实际环境格式。

它不仅具有可编程性，而且其实时运行速度可达每秒数以千万条复杂指令程序，远远超过通用微处理器，是数字化电子世界中日益重要的电脑芯片。

它的强大数据处理能力和高运行速度，是最值得称道的两大特色。

•控制系统主要任务就是能自动控制风电机组依照其特性运行、故障的自动检测并根据情况采取相应的措施。

•控制系统包括控制和检测两部分，控制部分又分为手动和自动。

运行维护人员可在现场根据需要进行手动控制，自动控制应该在无人值守的条件下实施运行人员设置的控制策略，保证机组正常安全运行。

•检测部分将各种传感器采集到的数据送到控制器，经过处理作为控制参数或作为原始记录储存起来，在机组控制器的显示屏上可以查询，也要送到风电场中央控制室的电脑系统，通过网络或电信系统现场数据还能传输到业主所在城市的办公室。

•第一：低于切入风速区域。

一旦满足切入条件，控制启动风机。

•第二：切入风速到额定风速区域。

控制目标是最大风能捕获，通常将桨距角保持在某个优化值不变，通过发电机转矩控制叶轮转速，实现最佳叶尖速比。

•第三：超过额定风速区域。

通过变桨控制保持输出功率和叶轮转速恒定。

叶尖速比：叶轮的叶尖线速度与风速之比。

叶尖速比在5-15时，具有较高的风能利用系数Cp（最大值是0.593）。

通常可取6-8。

•风传感器：风速、风向；•温度传感器：空气、润滑油、发电机线圈等；•位置传感器：润滑油、刹车片厚度、偏航等；•转速传感器：叶轮、发电机等；•压力传感器：液压油压力，润滑油压力等；•特殊传感器：叶片角度、电量变送器等；•⑴控制系统保持风力发电机组安全可靠运行，同时高质量地将不断变化的风能转化为频率、电压恒定的交流电送入电网。

垂直轴风力发电机电压控制系统设计毕业答辩(包含仿真总图)

系统总体方案设计
整个系统以AT89C51为中央控制器，垂直轴风力发电机所发出的不稳定的交流电，经输入模块滤波和一次整流滤波电路后，经中间环节稳压模块电路进行稳压，其包括降压斩波、二次平滑整流，输出稳定的直流电供给负载；另外控制模块通过单片机对供电电压进行采样，经内部进行调理、比较后，发出PWM 波控制绝缘栅双极型晶体管IGBT 的通断时间，继而改变占空比，形成闭环控制供电电压。
控制系统各模块分析
• 1输入模块
BR1 R14
输出电压风力发电机
L3
C7 C6 C8
~
C5
稳压模块
C15 C14
输入模块包括交流输入和整流滤波两部分，电感L3、滤波电容C5-C8共同组成了EMI滤波器。L3对串模干扰不起作用，但当出现共模干扰时，由于两个线圈的磁通方向相同，经过耦合后总电感量迅速增大，因此对共模信号呈现很大的感抗，使之不易通过，故称作共模扼流圈。C5和C6采用薄膜电容器，容量范围大致是0.01-0.47uf，主要用来滤除串模干扰。C7和C8跨接在输出端，并将电容器的中点接地，能有效地抑制共模干扰。
意义
本控制系统采用以AT89C51为控制核心，在保证了风力发电机电压控制性能效果的同时，降低了风力发电控制系统的成本；采用EMI滤波器滤波能很好的滤除高频杂波和同相干扰电流，同时把电源中产生的电磁辐射消减到最低限度；采用斩波电路对输出电压的稳定性得到了进一步的保证；同时采用LCD对风力发电机的转速及输出电压进行实时的显示，便于维护人员进行操作和查看。
控制系统各模块分析
• 2稳压模块
Q1
STGP7NB60KDPF
L4
B82432C1474K000
L5

力风发电系统电气控制设计风电--毕业设计

毕业论文风力发电系统电气控制设计摘要风力发电系统电气控制技术是风力发电在控制领域的关键技术。

风力发电机组控制系统工作的安全可靠性已成为风力发电系统能否发挥作用，甚至成为风电场长期安全可靠运行的重大问题。

在实际应用过程中，尤其是一般风力发电机组控制与检测系统中,控制系统满足用户提出的功能上的要求是不困难的。

往往不是控制系统功能而是它的可靠性直接影响风力发电机组的声誉。

有的风力发电机组控制系统的功能很强,但由于工作不可靠,经常出故障,而出现故障后对一般用户来说维修又十分困难，于是这样一套控制系统可能发挥不了它应有的作用。

因此对于一个风力发电机组控制系统的设计和使用者来说,系统的安全可靠性必须认真加以考虑,必须引起足够的重视。

我们的目的是希望通过控制系统的设计，采取必要的手段使我们的系统在规定的时间内不出故障或少出故障，并且在出故障之后能够以最快的速度修复系统,使之恢复正常工作。

关键词：风力发电的基本原理；风力发电机的基础理论；风力发电控制系统；风轮机的气动特性；变桨距控制系统。

1绪论1.1国内外风力发电的现状与发展趋势风能属于可再生能源，具有取之不尽、用之不竭、无污染的特点。

人类面临的能源、环境两大紧迫问题使风能的利用日益受到重视。

我国的风能资源丰富，可利用的潜能很大，大力发展风、水电是我国长期的能源政策。

而其中风电是可再生能源中最具发展潜力和商业开发价值的能源方式。

从20世纪80年代问世的现代并网风力发电机组，只经过30多年的发展，世界上已有近50个国家开发建设了风电场(是前期总数的3倍)，2002年底，风电场总装机容量约31128兆瓦(是前期总数的300倍)。

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长率为36.1%，保持着世界增长最快能源的地位。

2010年全球装机容量达196630MW，新装机容量37642MW，比去年同期增长23.6%。

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%。

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。

基于plc风力发电控制系统的设计(毕业设计)

摘要全球人口增长和发展中国家的经济扩张，到2050年，世界能源需求可能翻番甚至增加两倍。

地球上的全部生命都依赖于能源和碳循环。

能源对经济级社会发展都至关重要，但这也带来了环境方面的挑战。

我们必须探索能源生产与消费的各个方面，包括提高能效、清洁能源、全球碳循环、碳资源、废弃物和生物质，还要关注它们与气候和自然资源问题之间的关系。

风力发电的发展是时代的需要。

在风力发电控制系统中，基于PLC为主控制器的设计是未来的发展方向。

本设计基于PLC的风力发电控制系统，旨在保证风力发电机偏航系统、齿轮箱、液压系统、发电机正常工作；通过选择合适的控制方法，使系统能更加稳定的运行，进而可以有效提高风力利用率。

设计中主要对发电机控制电路、偏航控制电路、齿轮箱及液压站的运行和工作情况进行了设计，并绘制了相应的电气原理图。

在控制电路中还说明了PLC、电动机及相应低压器件的型号选择，绘制了I/O接线图；在发电机控制电路中，设计了发电机的转速控制方面；偏航电路中，设计了对风、解缆功能；在液压系统中，设计了温控、压力控制功能；在齿轮箱系统中，设计了油位控制功能。

同时在设计中还详细编写了各部分的控制程序，并进行了相关调试，另外利用S7-200仿真软件进行了系统仿真验证，仿真结果满足设计要求。

关键词：可编程控制器；偏航；液压系统；控制系统；风力发电ABSTRACTGlobal population growth and developing economic expansion, to 2050, world energy demand may double or even increased two times. The whole of life on earth depends on both the energy and the carbon cycle. Energy for economic social development are crucial, but it has also brought environmental challenges. We must explore the energy production and consumption in all aspects, including improving energy efficiency, clean energy, the global carbon cycle, carbon resource, waste and biomass, but also pay attention to them and climate and natural resource problems between. Wind power development is the need of the times.In the wind power control system based on Programmable Logic Controller (PLC), mainly is the design of future development direction. Based on the design of PLC wind power control system, in order to ensure the windmill generator yaw system, gear box, hydraulic system, the generator work; by selecting appropriate control method, making the system more stable operation, which can effectively improve the utilization rate of wind power.Design of the main generator control circuit, control circuit, gearbox and hydraulic station running and working conditions for the design, and draw the corresponding electrical schematic diagram. The control circuit also shows PLC, motor and corresponding low voltage devices model selection, rendering the I / O wiring diagram; in generator control circuit, design of the generator speed control; yaw circuit, design of wind, starting function; in the hydraulic system, design temperature control, pressure control function; in the gear box system, design the level control function.In the design of the detailed written parts control program, and the relevant debugging, while using S7-200 simulation software simulation system, and the simulation results and meet the design requirements.Key word:Programmable Logic Controller;Yaw;Hydraulic system;Control system;Wind Power目录1引言1.1选题目的和意义....................................1.2国内外风力发电现状.............................. 1.2.1国外风力发电现状............................. 1.2.2国内风力发电现状.............................. 1.2.3风电机组发展趋势............................. 1.2.4海上风电场的兴起..........................1.3 研究设想及方法.............................1.4 预期成果及意义..............................2系统整体方案设计...................................2.1 系统工作原理................................2.2 系统工艺流程................................2.2.1控制模式介绍...............................2.2.2各部分控制介绍.............................2.3 系统总体设计方案...........................2.4本章小结.....................................3控制系统硬件设计................................3.1 PLC概述..................................3.1.1 PLC的发展历程............................3.1.2 PLC的工作原理...........................3.1.3 控制系统的I/O通道地址分配.................3.1.4 PLC系统选型...........................3.2 扩展模块选型...........................3.2.1 数字量输出扩展模块EM222................3.2.2 数字量输入∕输出扩展模块EM223...........3.2.3 模拟量输入扩展模块EM231...........3.2.4 模拟量输入∕输出扩展模块EM235........3.3 电机及驱动器选型与应用设计................3.3.1 电机及驱动器选型........................3.3.2 偏航电机主电路设计......................3.4 检测元件选型与应用设计....................3.4.1 温度传感器选型.......................................3.4.2 压力传感器选型......................................3.4.3 液位传感器选型......................................3.4.4 偏航角度传感器和转速传感器选型......................3.4.5风向标、风速仪选型..................................3.5 低压电器选型..........................................3.5.1 接触器选型..........................................3.5.2 断路器选型..........................................3.5.3 熔断器选型..........................................3.5.4 主令电器选型........................................3.5.5 信号电器选型....................................... 3.6 系统配电及电源选型...................................3.7 本章小结............................................. 4控制系统软件设计.......................................4.1 程序流程图的设计.....................................4.1.1 启停控制流程图....................................4.1.2 偏航解缆控制流程图................................4.1.3 齿轮箱系统控制流程图..............................4.1.4 发电机系统控制流程图..............................4.1.5 液压系统控制流程图.................................4.2 控制程序设计.........................................4.3 组态界面设计.........................................4.4 程序调试.............................................4.5本章小结.............................................. 5结束语.................................................. 参考文献.................................................. 致谢..................................................第1章引言1.1 目的和意义由于全球人口增长和发展中国家的经济扩张，到2050年，世界能源需求可能翻番甚至增加两倍。

风力发电机组控制系统设计-—最大功率点跟踪控制

课程设计说明书风力发电机组控制系统设计-最大功率点跟踪控制专业新能源科学与工程学生姓名喻绸绢班级能源121学号1210604122指导教师薛迎成完成日期2015年12月14日目录1。

控制功能设计要求 01.1任务 02。

设计 (2)2。

1 介绍对象（风力发电系统的最大功率点跟踪控制技术研究)2 2。

2控制系统方案 (2)2.2.1风力机最大功率点跟踪原理 (2)2.2.2风力机发电系统 (5)2。

2。

3风速变化时的系统跟踪过程 (10)3。

硬件设计 (12)4。

软件设计 (15)5.仿真或调试 (16)参考文献 (18)1.控制功能设计要求1.1任务能源与环境是当今人类生存和发展所要解决的紧迫问题而传统能源已被过度消耗，因此,可再生能源的开发利用越来越受到重视和关注，其中风能具有分布广、储量大、利用方便、无污染等优点是最具大规模开发利用前景的新能源之一。

目前，变速恒频风力发电系统已经广泛用于实际风机中,在低于额定风速的情况下根据风速变化的情况调节风机转速,使其运行于最优功率点，从而捕获最大风能；在高于额定风速时,通过对桨距角的调节，使风机以额定功率输出。

常用最大功率捕获方法主要有功率反馈法、模糊控制法、混合控制法等。

为了充分利用风能,提高风电机组的发电总量，本文分析风机特性及最大功率点跟踪（maximum pow er point tracking MPPT）工作原理。

众多的MPPT实现方法各有千秋,对于不同的应用场所各有所长，对于多种方案,需要进行大量细致的实验工作和数据分析。

风能是一种具有随机性、不稳定性特征的能源,风能的获取不仅与风力发电机的机械特性有关，还与其采用的控制方法有关。

在某一风机转速情况下，风速越大时风力机的输出功率越大，而对某一风速而言，总有一最大功率点存在。

只有当风力发电机工作在最佳叶尖速比时，才能输出最大功率.好的控制方法可使风轮的转速迅速跟踪风速变化，使风力发电机始终保持在最佳叶尖速比上运行，从而最大限度地获得风能.要保证最大限度地将捕获到的风能转化为电能,目前一般采用最大功率点追踪控制（MPPT)控制策略。

三相风力发电机控制电路设计

三相风力发电机控制电路设计首先，三相风力发电机的控制电路设计需要考虑以下几个方面：1.输入电压控制：风力发电机需要在特定的输入电压范围内运行。

因此，控制电路需要设计一个输入电压控制逻辑，以确保风力发电机在不同的风速情况下能够正常工作。

可以使用电压传感器检测输入电压并将其与预设的电压范围进行比较，然后根据结果控制发电机的转速。

2.转速控制：发电机的转速对于风力发电机的输出功率至关重要。

因此，控制电路需要设计一个转速控制系统，以确保发电机在不同的风速下都能够保持适当的转速。

可以使用转速传感器来检测发电机的转速，并将其与预设的转速范围进行比较，然后通过调整发电机的电磁力矩来控制转速。

3.直流电压调节：发电机产生的电压是交流电压，需要将其转换为直流电压才能够供应给电网。

因此，控制电路需要设计一个直流电压调节系统，以确保输出的直流电压在稳定的范围内。

可以使用调整电阻或者电感来调节输出电压，并使用电压传感器进行反馈控制，以使输出电压稳定在预设的范围内。

4.过载保护：如果发电机负荷过重，可能会导致过热和损坏。

因此，控制电路需要设计一个过载保护系统，以在负载过重时停止发电机的运行。

可以使用电流传感器检测负载电流，并将其与预设的负载范围进行比较，然后根据结果控制发电机的输出功率。

5.并网控制：当风力发电机产生的电能超过负载的需要时，需要将多余的电能注入电网。

因此，控制电路还需要设计一个并网控制系统，以确保发电机安全地与电网连接，并确保注入电网的电能符合电网的要求。

可以使用相位锁定环路（PLL）来保持发电机的输出电压与电网的相位一致，并使用电压传感器检测注入电网的电压，从而控制并网功率。

综上所述，三相风力发电机的控制电路设计涵盖了输入电压控制、转速控制、直流电压调节、过载保护和并网控制等方面。

这些控制电路的设计需要结合风力发电机的具体需求和工作条件进行考虑，并采用合适的传感器和控制器来实现。

只有设计合理的控制电路，才能确保风力发电机的稳定运行和最大化发电效率。

PLC风力发电控制系统设计开题报告

PLC风力发电控制系统设计--开题报告一、项目背景近年来，风力发电已成为一种重要的清洁能源，占据着全球新能源发展的重要地位。

风力发电的工作原理是利用风轮旋转带动发电机发电，由于气候、地形等原因，风速的大小和方向常常变化，因此需要一个智能化的控制系统来协调发电机的输出功率。

PLC控制系统因其稳定、高效、易于维护的特点，已经成为风力发电控制系统的主要控制手段。

二、研究目的及意义本项目旨在研究和设计一种基于PLC的风力发电控制系统，实现对风力发电机的自动控制和优化，以提高风力发电机的发电效率和稳定性，节约能源和减少环境污染。

该控制系统具有操作简单、性能稳定、自适应性强等优点，可以在风速变化较大的环境下自动调节风力发电机的输出功率，保证风力发电机的正常运行。

三、研究内容1. 风力发电机的工作原理与结构设计首先需要了解风力发电机的基本工作原理，以及常见的风力发电机结构设计。

考虑风机的叶片采用变叶距调节，以及叶片角度的自适应调节。

2. PLC控制器的选择与设计根据风力发电机的结构和设计，选择适合的PLC控制器，并进行程序设计。

通过对风速、功率等参数的采集和分析，实现对风力发电机的自动控制和优化，提高发电效率和稳定性。

3. 与风力发电机的连接及控制风力发电机输出的电能需要通过变频器进行处理，并与电网相连接。

在这个过程中，需要控制风力发电机输出的电压、频率等参数，保证电能的有效传输。

4. 监测与故障诊断监测风力发电机的运行状态，并实现故障诊断和维护。

在实际应用中，风力发电机的故障率较高，需要及时进行故障诊断和维修，从而减少停机时间和维修成本。

四、研究计划与进度安排本项目计划在6个月内完成，具体进度安排如下：第1-2个月：调研和需求分析，熟悉PLC控制器的基本原理和程序设计方法。

第3-4个月：PLC控制器的选型和设计，获取风速、功率等数据，并进行实时监测和控制。

第5-6个月：系统调试和测试，完成对风力发电机的实际控制和优化，并进行故障诊断和维护。

风力发电机控制系统word精品文档16页

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风力发电机控制系统（二）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。

基于软 PLC 的风电机组主控系统设计

4控制算法
4.1GainScheduling
针对变桨系统的非线性特性，设计GainScheduling环节，根据叶片推力系数及桨叶角度的线性度，调节闭环过程中的PI控制参数，从而增加在不同风速情况下的响应速度，避免超速和转速波动等情况。
4.2PowerCurve
转矩控制+功率限制是目前控制算法中比较常见的方法。转矩控制经历了最早的查表法，现在主流的是PI闭环控制。ECN算法在保留经典的控制方法之外，加入了“thrust”代表载荷的参数，在保持相对多发电量输出的基础上，限制载荷上限，降低风机运行疲劳，保证风机运行安全。本系统算法在充分对比不同运行曲线的情况下，选择thrust、torque+powerlimited曲线输出，主要特点是载荷尖峰被削平，发电功率较优。
3控制系统软件开发和V型设计模式
目前，大多数风力发电机生产厂家还处于传统的制造业模式中，缺少数字化设计理念，产品的仿真环节与设计环节不统一。很多厂家缺少系统建模及仿真，或者系统的建模和仿真不能给后期的系统设计提供数据依据，不能构成闭环过程。此控制系统软件架构的意义在于为风电OEM客户提供一套完整的数字化主控系统开发的解决方案，加快客户新机型的研发速度，降低样机调试的故障率，节省样机开发成本。现阶段，行业内很多企业已经开始从L型产品研发设计生产模型转变为V型设计模式。V型设计模型最重要的两个环节是软件在环和硬件在环。这两个环节可以大大缩短产品研发周期，增强产品出厂前的可靠性。对应到风电行业最重要的控制问题，是如何快速开发控制算法并应用于系统测试环节，同时完成控制策略在真实硬件环节中的测试。本套控制系统可根据客户以往的开发模式进行V型设计转变，通过硬件及软件架构为软件在环和硬件在环提供支撑。V型设计模式涉及的各个环节的定义如下。

基于PLC的风力发电控制系统设计

ｔｕｒｂｉｎｅ．Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：ｗｉｎｄｐｏｗｅｒ；ｅｏｎｔｒｏｌｓｙｓｔｅｍ；ＰＬＣ；ＷｉｎＣＣｍｏｎｉｔｏｒｉｎｇ
风能作为一种清洁的能源，越来越受到世界各国的重视，风能已经成为除水能以外，技术最成熟、最具有规模化开发条件和商业发展前景的能源之一。近２０年来，风力发电技术得到了飞速发展。其中，德国、
文献标志码：Ａ
文章编号：１００２ — ４９５６（２０１５）４ — ００８６ — ０６
ＤｅｓｉｇｎｏｆｗｉｎｄｐｏｗｅｒｇｅｎｅｒａｔｉｏｎｃｏｎｔｒｏｌｓｙｓｔｅｍｂａｓｅｄｏｎＰＬＣ
制系统进行了仿真与测试，设计了风力发电机控制系统的ＷｉｎＣＣ监控组态界面，实现了风力发电机组的实时监控功能。关键词：风力发电；控制系统；可编程控制器；ｗｉｎＣＣ监控
中图分类号：ＴＭ６１４－３３
ＩＳＳＮ１００２
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风力发电变桨控制系统设计研究

风力发电变桨控制系统设计研究风力发电是一种利用风能将风能转化为电能的技术。

在风力发电过程中，变桨控制系统是一个非常重要的组成部分，它的设计和研究对于风力发电的效率和可靠性至关重要。

变桨控制系统的主要功能是根据风力大小和风向变化情况来控制风力发电机的桨叶角度，以获得最佳的能量转化效率。

变桨控制系统需要根据风力的实时测量数据来进行桨叶的角度调整，以确保风力发电机在不同的风速条件下能够始终工作在最佳状态。

在变桨控制系统的设计过程中，需要考虑以下几个方面：1.传感器选择和位置安装：为了准确测量风力的大小和方向，需要选择合适的传感器，并将其安装在合适的位置。

传感器的选择和位置安装是变桨控制系统设计的重要环节，它对于系统的准确性和可靠性有着至关重要的影响。

2.数据采集和处理：变桨控制系统需要实时采集和处理风力传感器的数据，并根据这些数据来调整桨叶的角度。

数据采集和处理过程需要高速、高精度的硬件和软件支持，以确保数据的实时性和准确性。

3.控制算法设计：控制算法的设计是变桨控制系统设计的核心环节。

控制算法需要根据实时的风力数据来决定桨叶的调整角度，以实现最佳的能量转化效率。

控制算法设计需要考虑风力的大小、风向的变化以及系统的动态响应能力等因素，以确保系统能够稳定工作并且具有较好的抗干扰能力。

4.系统建模和仿真：在变桨控制系统设计的过程中，建立系统的数学模型是非常重要的。

系统建模可以帮助我们理解系统的工作原理和动态特性，并根据模型进行仿真和优化设计。

系统建模和仿真可以有效减少实际试验的成本和风险，并帮助我们更好地了解系统的性能和可靠性。

总之，风力发电变桨控制系统的设计和研究对于提高风力发电的效率和可靠性具有重要的意义。

在设计过程中，需要考虑传感器选择和位置安装、数据采集和处理、控制算法设计以及系统建模和仿真等方面的问题。

通过合理的设计和研究，可以提高风力发电的效率和可靠性，进一步推动可再生能源的发展。

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。

大型风电场及风电机组的控制系统设计方案

酒泉职业技术学院毕业设计（论文）10 级风能与动力技术专业题目：大型风电场及风电机组的控制系统设计方案毕业时间：二O一三年六月大型风电场及风电机组的控制系统设计方案摘要：风力发电技术的发展将带动大型风电场的建设。

以大型风力发电机组组成的大型风电场，可为电网提供可再生的绿色能源，也可解决边远地区的能源供应紧张形势，大型风电场的运行管理己提上议事日程。

目前，我国各大风电场在引进国外风力发电机组的同时，一般也都配有相应的监控系统。

但各有自己的设计思路，致使风电场监控技术互不兼容。

如果一个风电场中有多种机型的风电机组的话，就会给风电场的运行管理造成很大困难。

因此，国家计委在“九五”科技攻关计划中实施对大型风电机组进行攻关的同时，也把风电场的监控系统列入攻关计划，以期开发出适合我国风电场运行管理的监控系统。

关键词：恒速恒频；双馈发电机；变桨距控制；无功补偿控制目录一、风力发电机组的基本控制系统 (3)（一）风电机组的软启动并网设计 (3)异步风电机组也可在起动时转速低于同步速时不并网，等接近或达到同步速时再切入电网，则可避免冲击电流，也可省掉晶闸管限流软启动器。

(3)（二）大小发电机的切换控制设计 (3)2.大发电机向小发电机的切换 (4)检测大发电机的输出功率，若2分钟内平均功率小于某一设定值（此值应小于小发电机的额定功率)时，或50S瞬时功率小于另一更小的设定值时，立即切换到小发电机运行。

切换过程为:切除大发电机的补偿电容器，脱网，然后小发电机软并网，计时20S，测量小发电机的转速，若20S后未达到小发电机的同步转速，则停机，控制系统复位，重新起动。

若20S内转速已达到小发电机旁路转速则旁路晶闸管软起动装置，再根据系统无功功率情况投入补偿电容器。

(4)（三）无功补偿控制设计 (4)（四）恒速恒频与变速恒频 (4)1.恒速恒频机组的特点 (4)目前，在风力发电系统中采用最多的异步发电机属于恒速恒频发电机组。

风力发电机组结构及传动系统设计

风力发电机组结构及传动系统设计风力发电机是利用风能转化为电能的设备，由于其清洁、可再生的特性，成为了现代能源领域的重要组成部分。

为了达到高效、可靠且经济的发电目标，风力发电机组的结构及传动系统设计至关重要。

本文将讨论风力发电机组结构及传动系统的设计原则和关键要素。

一、风力发电机组结构设计1. 风轮设计：风轮是转化风能为机械能的关键部件。

其设计应考虑风速、气动特性和刚度等因素。

风轮应具备最大化捕获风能的能力，并保证在高风速情况下的稳定性。

此外，材料的选择也非常重要，应考虑强度、耐腐蚀性能和重量等因素。

2. 主轴设计：主轴是连接风轮和传动系统的关键组件。

其设计应考虑承受风轮转动产生的巨大力矩和转速的要求。

主轴应具备足够的强度和刚度，并采用高强度材料进行制造。

另外，润滑和散热系统的设计也应充分考虑，以确保主轴的可靠性和安全性。

3. 塔架设计：塔架是支撑风轮的结构，其设计应考虑高度、稳定性和抗风能力。

塔架应具备足够的刚度和强度，以抵抗风力引起的振动和地震等外力作用。

此外，塔架的施工和维护也需要充分考虑，以确保安全和可持续性。

二、风力发电机组传动系统设计1. 齿轮传动系统设计：齿轮传动系统是将风轮转动的机械能传递到发电机的关键部件。

其设计应考虑传动效率、噪音和可靠性。

合理选取传动比和齿轮材料，以最大程度地提高传动效率和减少能量损失。

此外，齿轮传动系统的润滑和冷却也需要充分考虑，以保证其稳定性和寿命。

2. 发电机设计：发电机是将机械能转化为电能的关键部件。

其设计应考虑输出功率、效率和可靠性。

根据风轮的转速和功率要求，选取合适的发电机类型，如永磁发电机或同步发电机。

同时，发电机的绝缘、冷却和保护系统也需要充分设计，以确保其正常运行和安全性。

3. 控制系统设计：控制系统是风力发电机组的大脑，用于调节风轮转速和传动系统的运行。

其设计应考虑风速、输出功率、负荷变化等因素。

控制系统应具备高精度、高可靠性和自适应性能，以保证风力发电机组在不同工况下的高效运行。

国产风电机组主控系统开发与应用

国产风电机组主控系统开发与应用摘要：风机主机是整个风力发电装置的关键，而主机的自主生产水平不高，且对国外的依赖性很强，成为风力发电装备中最脆弱的一环。

本课题以风力发电PLC为研究对象，以解决其软件和硬件适应性差，缺乏CAN开放式通讯组件为目标，设计了基于CPU和FPGA的风力发电PLC组件，并开发了基于CAN开放式通讯组件的风力发电PLC组件。

经过专业的第三方检测，本公司研制的国产风机主要控制系统在功能、性能和可靠性等方面均完全符合风机的使用要求。

经过在陆地上2MW、海上5MW的风机示范应用，和在陆地上1.5MW风机的批次应用，结果证明，这个风机的主控系统已经具有了很高的实时性、极高的环境适应性和抗电磁干扰等能力，可以充分地满足各种风机的使用需求，这也意味着，在中国，风机的控制中心已经实现了完全自主可控。

关键词：风电机组；主控系统；华能睿渥风电PLC；国产化；开发应用引言当前，我国风力发电设备的主控体系中，大多数采用的程序逻辑控制器（PLC）都是从国外引进的，其软件和硬件技术都是从外国引进的，其安全性和可控性还有待进一步提高。

以目前的全球形势来看，若“敏感”的晶片被禁止出售，风力发电可编程控制器将会有组件供应不足的危险。

此外，如果被他人利用“漏洞”、“后门”等技术方法“劫持”了该芯片，则可能导致风力发电机的控制系统出现故障，并给以新能源为主的电网带来严重危害。

为此，迫切需要研究和发展一种自主可控的、安全可靠的风力发电PLC。

1风电机组主控系统国产化现状当前风力发电机控制中所使用的可编程控制器，以德国倍福PLC、奥地利巴合曼PLC为主，其余分别为ABB、贝加莱、西门子等。

国内风力发电系统的主要控制系统，如南大傲拓的NJ300系统和国电的EPF-CP系统等，已经进行了初步的试验和使用。

更加严重的问题是，不论是一套成熟的进口的、还是一套示范的国产的，它们的中央处理器（CPU）、现场可编程门阵列（FPGA）、微控制单元（MCU）、DDR3、Flash、EEPROM、以太网PHY芯片等关键芯片，都使用了或部分使用了进口的商品，因此，它们的可控的风险比较高。

基于PLC的风力发电控制系统设计

基于PLC的风力发电控制系统设计基于PLC（可编程逻辑控制器）的风力发电控制系统是一种能够自动控制风力发电机组运行的系统。

PLC作为控制器，通过输入和输出模块与其他设备进行通信，根据预设的逻辑程序对风力发电机进行控制，实现对发电机的监测、控制和保护。

下面将针对该系统进行详细设计。

首先，整个风力发电控制系统的架构可以分为四个主要的功能模块：风速检测模块、温度检测模块、发电机控制模块和报警保护模块。

这些模块通过PLC进行数据采集、处理和输出。

1.风速检测模块：风力发电的效率受到环境因素的影响，风速是其中最主要的因素之一、风速检测模块通过风速传感器实时测量风速，并将数据传输给PLC进行处理。

PLC可以根据预设的控制策略调整风力发电机组的转速，以使风力发电机组能够在不同的风速下运行。

2.温度检测模块：风力发电机组在运行过程中会产生一定的热量，温度检测模块通过温度传感器实时监测发电机组的温度情况，并将数据传输给PLC进行处理。

PLC可以根据温度数据进行控制，以保证发电机组的正常运行和防止过热。

3.发电机控制模块：发电机的控制是风力发电控制系统的核心，也是最复杂的模块之一、在这个模块中，PLC通过输出控制信号来调整发电机的功率输出和运行状态。

根据预设的控制逻辑，PLC可以根据风速、温度和其他相关参数，实时调整发电机的控制参数，确保发电机始终在最佳工作状态下工作。

4.报警保护模块：在风力发电过程中，可能会发生多种异常情况，如风速过大、温度过高等，这些异常情况可能对发电机组造成损坏。

因此，系统需要具备报警和保护功能。

报警保护模块通过输入模块监测各种传感器的数据，当一些参数超出设定值范围时，PLC会触发相应的报警信号并采取相应的保护措施，如停机、降低功率输出等，以保证发电机组的安全运行。

设计风力发电控制系统需要注意以下几点：1.系统的可靠性和稳定性是设计的关键，因此要选择具有高稳定性和可靠性的PLC设备，并确保各个模块之间的通信准确可靠。