直驱永磁风电机组的变桨距PLC控制系统设计

【摘要】：目前,人类正面临着气候变化和经济危急这两场危急带来的挑战。因此我们不得不调整当前经济发展模式,采用更清洁的能源,推动整个社会向低碳转型。对风能的利用成为国内外研究的重点。而如何让风力发电机组拥有更高的发电效率成为了国内外风电专家一直在为之努力的关键问题。作为风电机组“大脑”的控制系统变成了关键中的关键。因此,研发拥有自主知识产权的风电控制系统具有不言而喻的意义。 本文主要围绕直驱永磁风电机组变桨距的PLC控制系统进行研究。文章在调研了课题研究现状及趋势后,从风电控制的可靠性入手,对变速恒频风力发电机组变桨距PLC控制系统的硬件结构和控制逻辑进行设计,将现代工业控制理论应用于风电控制系统中。 文章根据直驱永磁风力发电机组的实际应用环境,分析了高原地理环境下风机控制系统得以安全可靠运行的各种因素后,对整个变桨距控制系统的硬件进行了选型及优化,确保其使用安全性与可靠性。 最后,以湘电XE93-2000型直驱永磁风力发电机组的变桨距伺服控制系统为研究模型,多因素分析了风机可能遇到的故障和紧急情况后,从正常工况下桨叶转角位置闭环控制、紧急工况以及故障处理以及后备蓄电池充电控制三个主要方面对整个变桨距控制系统PLC的控制逻辑及控制流程做了详细的设计。 【关键词】：风力发电系统 变桨距控制 独立桨叶 可编程逻辑控制(PLC)
【学位授予单位】：湖南大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2012
【分类号】：TM614
【目录】：

• 摘要5-6
• Abstract6-7
• 目录7-9
• 第1章 绪论9-15
• 1.1 势头强劲的风电产业9-10
• 1.2 风电机组分类简介10-12
• 1.2.1 按功率控制方式分类的风电机组10-11
• 1.2.2 变桨距变速风机与定桨距定速风机的区别11-12
• 1.3 变桨控制系统国内外研究现状与发展趋势12-13
• 1.4 课题研究的意义与主要工作13-15
• 1.4.1 课题研究的意义13
• 1.4.2 课题研究的主要工作13-15
• 第2章 风电变桨距控制理论基础15-28
• 2.1 风能利用原理15-18
• 2.1.1 风能的计算15
• 2.1.2 风能贝茨理论15-17
• 2.1.3 风力机的特性系数17-18
• 2.2 变桨距风机空气动力学原理18-20
• 2.2.1 叶尖速比和攻角18
• 2.2.2 变桨距风机运行中叶片的受力分析18-20
• 2.3 变桨距系统20-24
• 2.3.1 变桨距传动机构分析20
• 2.3.2 变桨距控制系统分析20-24
• 2.4 独立变桨控制方法24-27
• 2.4.1 切入阶段变桨控制过程25-26
• 2.4.2 恒功率变桨控制过程26-27
• 2.5 本章小结27-28
• 第3章 变桨距PLC控制系统的硬件设计28-43
• 3.1 风力发电机组总体方案设计28-29
• 3.2 变桨距系统设计29-33
• 3.2.1 逻辑控制电路设计31-32
• 3.2.2 安全链设计32-33
• 3.3 变桨距PLC控制器的硬件选型33-42
• 3.3.1 变桨电机选型33-35
• 3.3.2 驱动器选型35-36
• 3.3.3 可编程控制器选型36-41
• 3.3.4 紧急收桨后备电源41-42
• 3.4 本章小结42-43
• 第4章 变桨距PLC控制系统的逻辑设计43-55
• 4.1 正常工况下桨叶转角位置闭环控制43-45
• 4.2 紧急工况以及故障处理45-53
• 4.2.1 电池系统故障处理逻辑47-48
• 4.2.2 电网故障处理逻辑48-50
• 4.2.3 PLC看门狗故障处理逻辑50
• 4.2.4 主驱动器故障处理逻辑50-51
• 4.2.5 轮毂超速故障处理逻辑51-52
• 4.2.6 紧急收桨测试逻辑52-53
• 4.3 电池充电控制53-54
• 4.4 本章小结54-55
• 结论55-57
• 参考文献57-60
• 致谢60

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