基于PLC风机偏航系统解缆控制 I
摘 要
风能作为可再生能源中发展最快的清洁能源，其具有清洁，无污染，安全，储量丰富的特点，受到世界各国的普遍重视，是最具有大规模开发和商业发展前景的可再生能源。当前，中国风电市场蓬勃发展，由此带动中国风机制造产业呈现欣欣向荣的发展势态。然而，风电的超速发展可能造成很多隐患。其中设备故障而浪费大量人力资源维护的隐患应引起我们足够的重视。本文以风力发电模型机的解缆系统解缆控制为研究对象，采用PLC控制器作为上位机控制解缆装置，根据限位开关的信号确定解缆的方向，启动执行相应的顺时针方向或逆时针方向机舱解缆程序。解决风力发电机组存在的累计纽缆次数较多、因纽缆造成的偏航时间较长、导致风力发电机组发电的停机解缆的技术问题。
关键词：风力发电，PLC控制器，解缆驱动器，解缆
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ABSTRACT
Wind power as the fastest growing renewable energy and clean energy, which has a clean, pollution-free, safe, abundant features, has gotten great attention by the countries in the world. Wind power is the most large-scale development and commercial prospects for development of renewable energy. At present, Chinese wind power market led the Chinese manufacturing industry explosion development. However, wind power overspeed developing may cause a lot of hidden dangers. Because of equipment failure waste human resources to maintain a large number of hidden dangers should arouse our attention. This article is based on the model of wind power untwist system as the research object. Adopt PLC controller to untwist, According the limit switch signals to determine the untwist direction. Start the corresponding compiler to solve the problems as existing wind turbine twist and Yaw time too much.
Key words: wind power, PLC, yaw motor, untwist
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目 录
1 绪论 ......................................................... 1
1.1 风力发电的介绍 .................................................... 1
1.2 风力发电的发展历史、现状及趋势 .................................... 1 1.3 毕业论文的工作及结构 .............................................. 7
2 风力发电机原理及解缆原理 ..................................... 8
2.1 风力机的种类 ...................................................... 8 2.2 风力发电机的基本原理 .............................................. 8 2.3 风力发电机结构 .................................................... 9 2.4 风力发电机解缆控制系统的介绍及工作原理 ........................... 11
3 风机解缆系统硬件结构设计 .................................... 12
3.1 解缆系统硬件结构 ................................................. 12
3.2 解缆系统硬件的选型 ............................................... 12 3.3 电气原理图 ....................................................... 19
4 解缆系统设计 ................................................ 21
4.1 解缆系统的控制方法设计 ........................................... 21 4.2 解缆系统程序流程图 ............................................... 21 4.3 解缆系统硬件参数设计 ............................................. 22 4.4 PLC程序设计 ...................................................... 28
5 结 论 ...................................................... 31 参考文献 ...................................................... 32 附录1 ........................................................ 33 附录2 ........................................................ 39 致 谢 ........................................................ 40
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1 绪论
风力机作为大型机电设备，为使其稳定运行，关键在于合理的控制系统。本课题采用PLC控制器作为上位机控制解缆装置，解缆电机按照模拟风力发电机的需要进行，带动风力发电模型机的解缆驱动器转动，仿真风机的运行状况。
风能作为一种清洁的可再生能源，越来越受到世界各国的重视。其蕴量巨大，全球的风能约为2.74×109兆瓦，其中可利用的风能为2×107兆瓦，比地球上可开发利用的水能总量还要大10倍。
随着全球经济的发展，风能市场也迅速发展起来。自2004年以来，全球风力发电能力翻了一番，2006年至2007年间，全球风能发电装机容量扩大27%。2007年已有9万兆瓦，这一数字到2010年将是16万兆瓦。预计未来20－25年内，世界风能市场每年将递增25%。随着技术进步和环保事业的发展，风能发电在商业上将完全可以与燃煤发电竞争[1]。
风电发展到目前阶段，其性价比正在形成与煤电、水电的竞争优势。风电的优势在于：能力每增加一倍，成本就下降15%，近几年世界风电增长一直保持在30%以上。随着中国风电装机的国产化和发电的规模化，风电成本有望再降。因此风电开始成为越来越多投资者的逐金之地。
目前，中国风电市场蓬勃发展，由此带动中国风机制造产业呈现欣欣向荣的发展势态。然而，风电的超速发展可能造成很多隐患。其中设备故障而浪费大量人力资源维护的隐患应引起我们足够的重视。由于风力发电机偏航引起电缆纽缆次数过多，纽缆时间过长是导致风电设备故障的一大原因。风力发电机解缆装置能很好的保护连接电缆的安全，带动风力发电机的解缆驱动器回转同转数，解开缠绕的电缆，确保电缆安全送电和信号电缆正常工作。可见其对于风力机组的重要意义。
1.1 风力发电的介绍
人类早在中世纪就开始利用风能，起初只是将风力转化为机械能，比如利用风车提水、碾米、磨面，借风帆为船助航等。而今电力资源的缺乏日益严重，利用风能发电的构想应运而生，风力发电就是将风能转换为机械能，再将机械能转化为电能。如今风力发电已成为各个国家重要的发展项目之一。
1.2 风力发电的发展历史、现状及趋势
风能是一种清洁的永续能源，与传统能源相比．风力发电不依赖外部能源，没有燃料价格风险，发电成本稳定。也没有碳排放等环境成本，此外可利用的风能在全球范围内分布都很广泛。正是因为有这些独特的优势，风力发电逐渐成为许多国家可持续发展战略的重要组成部分，发展迅速[2]。第一台风力发电机建造于1887－1888年，位于美国俄亥俄州的Claveland。它的建造者Charles F. Brush（1849－1929）不仅是风力发电技
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术的先驱，更大意义上是美国电气工业的奠基人之一，有着杰出的成就。他发明的一种高效直流发电机被用于当时的公共电网，他开发了第一款商品化的弧光灯；他还发明了高效的制造铅酸蓄电池的方法。他所创立的公司在1892年并入了爱迪生通用电气公司，也就是现在通用电气的前身。
在能源紧张和气候变化的强大压力下，人们对风电的发展给予厚望，在欧洲风能协会和绿色和平组织编写的《风力12》[3]中，计划到2020年将全球风力发电量占到世界电力总量的12％，而2006年前该数值刚刚超过1%。
经过了近百年的技术和经验的积累，加上市场应用的出现，大型风力发电机的商业化阶段在上世纪八十年代后开始逐渐来临。大规模的商业应用首先出现在北欧，（这与该地区的其它能源相对缺乏有关，以丹麦为代表），各种不同的风机概念相继出现，各种商业公司纷纷推出相应的产品，整个市场在群雄逐鹿的过程中成熟起来。伴随着各种优势资源的整合，许多著名的风电厂商如Vestas,NEG Micon, Bonus,Enercon等在竞争和优胜劣汰中逐渐胜出，水平轴三叶片风力发电机更是成为了商业应用的绝对主流。
至今，各种技术路线还在不断的互相借鉴并不断的改进和完善，各种新的概念和技术仍在不断的推出并应用于风电领域。如德国Aerodyn公司借鉴市场上直驱机型和非直驱机型的优点，推出半直驱的设计概念，这种设计概念在Multibrid 5MW风机上得到成功的实践应用。德国的EU Energy公司在其Dewind D8机型上最新引入了Voith公司的液压无级变速技术以避免齿轮箱故障。德国Enercon公司将其同步电机绕组采用独立模块设计（将一个发电机分为4部分，各部分可以独立工作），使其产品可以在部分故障状态下正常发电。可以说风电技术在成熟、淘汰、创新和完善中正走在快速发展的时代。对我国来讲，在学习和吸收国际先进技术的同时尽快建立自己核心技术力量，提高技术创新能力是当务之急。
中国风能利用的历史相当久远，可上述千年，但现代风力发电技术的发展起步却很晚，还和国外有着很大的差距，技术和经验积累都还显得远远不足。目前中国风电迎来了突破式的发展，许多风电界的老前辈对此都欣喜不已，但同时他们又对发展的质量和风险有着一定的忧虑和担心。在我国风电产业努力追赶的同时，风电发电技术已经曲曲折折的发展了一百多年，在这一百多年里，充满了各式各样的尝试、创新、成功和失败。经过了百年的洗礼，风电技术才逐渐成熟应用起来。我们的风电产业要迅速发展，引进和借鉴国外先进的技术是快速有效可行的路径。但时间可以节省，过程却很难跨越，我们对引进技术的理解和认识还不够充分，对技术的历史发展也不够了解。了解历史，积极的吸取风电技术发展过程中的经验和教训，避免多走弯路，就显得相当的重要。
根据全球风能理事会的统计，全球的风力发电产业正以惊人的速度增长。在过去10年平均年增长率达到28%，2007年年底，全球装机总量达到了9400万千瓦，每年新增2000万千瓦，意味着每年在该领域的投资额达到了200亿欧元。2007年，全球风电资金中15%投向了中国，总额达340亿人民币即34亿欧元左右。中国真正成为全球最大