基于PLC的風(fēng)力發(fā)電控制系統(tǒng)設(shè)計--開題報告

1、山東科技大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計（論文）開題報告題目基于PLC的風(fēng)力發(fā)電控制系統(tǒng)設(shè)計學(xué)院名稱專業(yè)班級學(xué)生姓名學(xué)號指導(dǎo)教師填表時間：2013年4月30日設(shè)計（論文）題目基于PLC的風(fēng)力發(fā)電控制系統(tǒng)設(shè)計設(shè)計（論文）類型（劃“，”）工程設(shè)計應(yīng)用研究開發(fā)研究基礎(chǔ)研究其它V本課題的研究目的和意義目的：針對風(fēng)能具有隨機(jī)性、不確定性的特點，用可編程控制器來對風(fēng)力發(fā)電進(jìn)行控制，設(shè)計一套基于PLC的單臺風(fēng)力發(fā)電控制系統(tǒng)，實現(xiàn)對發(fā)電機(jī)葉輪的迎風(fēng)控制、發(fā)電監(jiān)測、并網(wǎng)等功能。意義：由于全球人口增長和發(fā)展中國家的經(jīng)濟(jì)擴(kuò)張，到2050年，世界能源需求可能翻番甚至增加兩倍。地球上的全部生命都依賴于能源和碳循環(huán).能源對經(jīng)濟(jì)級社會發(fā)展

2、都至關(guān)重要，但這也帶來了環(huán)境方面的挑戰(zhàn).我們必須探索能源生產(chǎn)與消費的各個方面，包括提高能效、清潔能源、全球碳循環(huán)、碳資源、廢棄物和生物質(zhì)，還要關(guān)注它們與氣候和自然資源問題之間的關(guān)系。風(fēng)電是目前技術(shù)最成熟、最具市場競爭力且極具發(fā)展?jié)摿Φ目稍偕鍧嵞茉?，發(fā)展風(fēng)電對于改善能源結(jié)構(gòu)、保護(hù)生態(tài)環(huán)境、保障能源安全和實現(xiàn)經(jīng)濟(jì)的可持續(xù)發(fā)展等方面有著及其重要的意義。隨著計算機(jī)技術(shù)與先進(jìn)的控制技術(shù)應(yīng)用到風(fēng)電領(lǐng)域，控制方式從基本單一的定槳距失速控制向變槳距和變速恒頻控制方向發(fā)展。目前的控制方法是：當(dāng)風(fēng)速變化時通過調(diào)節(jié)發(fā)電機(jī)電磁力矩或風(fēng)力機(jī)漿距角使葉尖速比保持最佳值，實現(xiàn)風(fēng)能的最大捕獲.控制方法基于線性化模型實現(xiàn)最佳

3、葉尖速比的跟蹤，利用風(fēng)速測量值進(jìn)行反饋控制，或電功率反饋控制。但在隨機(jī)擾動大、不確定因素多、非線性嚴(yán)重的風(fēng)電系統(tǒng)，傳統(tǒng)的控制方法會產(chǎn)生較大誤差。因此近些年國內(nèi)外都開展了這方面的研究.一些新的控制理論開始應(yīng)用于風(fēng)電機(jī)組控制系統(tǒng)。如采用模糊邏輯控制、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)智能控制、魯棒控制等。使風(fēng)機(jī)控制向更加智能方向發(fā)展。傳統(tǒng)的風(fēng)力發(fā)電控制方法存在諸多不足，引起較大的能量損失，基于PLC為主控制器的控制系統(tǒng)，結(jié)構(gòu)簡單，通用性強(qiáng)，編程方便，抗干擾能力強(qiáng)，可靠性較高,并且維護(hù)起來比較方面，能夠直觀的反應(yīng)現(xiàn)場信號的變化狀態(tài)，通過編程工具可以直接觀察系統(tǒng)的運行狀態(tài)，極大的方面了維護(hù)人員查找故障，縮短了對系統(tǒng)維護(hù)的時間.

4、隨著新型控制算法的研究和應(yīng)用，可以有效提高風(fēng)能利用效率，對于提高風(fēng)電機(jī)組的發(fā)電量，減小風(fēng)電成本具有重要意義。二、本課題的主要研究內(nèi)容（提綱）1 、熟悉系統(tǒng)工藝流程，根據(jù)控制要求進(jìn)行系統(tǒng)總體控制方案設(shè)計。2 、控制系統(tǒng)硬件設(shè)計，包括PLC系統(tǒng)選型，擴(kuò)展模塊選型等，并對電機(jī)主電路，系統(tǒng)供電電源和人機(jī)界面進(jìn)行設(shè)計。繪制系統(tǒng)硬件連接圖.3 、系統(tǒng)的軟件設(shè)計，包括繪制程序流程圖，編寫控制程序和程序調(diào)試等。三、文獻(xiàn)綜述（國內(nèi)外研究情況及其發(fā)展）隨著國際社會能源緊缺壓力不斷增大，風(fēng)力發(fā)電得到了高度的重視。近20多年來，風(fēng)電技術(shù)日趨成熟，應(yīng)用規(guī)模越來越大。目前風(fēng)電市場上和風(fēng)電場中安裝的風(fēng)力發(fā)電機(jī)組，絕大多數(shù)是

5、水平軸、三葉片、上風(fēng)向、管式塔形式，其他形式的機(jī)組較少見到.風(fēng)電界整體上對機(jī)組技術(shù)的認(rèn)識不再有大的分歧，開始集中力量向大型化、高質(zhì)量和高效率方面發(fā)展，新的發(fā)展趨勢表現(xiàn)在以下幾個方面。從定槳距（失速型）向變槳距機(jī)組發(fā)展。風(fēng)力發(fā)電機(jī)的失速功率調(diào)節(jié)方式和變槳距調(diào)節(jié)方式是目前大多數(shù)風(fēng)力發(fā)電機(jī)組風(fēng)能的收集和轉(zhuǎn)換的主要功率調(diào)節(jié)方式。采用失速功率調(diào)節(jié)方式的風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的葉片不能繞其軸線轉(zhuǎn)動，功率調(diào)節(jié)通過葉片自身的失速特性實現(xiàn)。這種方式有結(jié)構(gòu)簡單、故障概率底的優(yōu)點，一度在風(fēng)電機(jī)組中很受歡迎得到普遍采用：90其缺點主要是風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的性能受葉片失速性能的限制，額定風(fēng)速較高，在風(fēng)速超過額定值時發(fā)電功率有所下降。另

6、一個缺點是葉片形狀和結(jié)構(gòu)復(fù)雜、重量大，引起風(fēng)輪轉(zhuǎn)動慣量大，在研制大型風(fēng)力發(fā)電機(jī)組時更為突出。從定轉(zhuǎn)速向可變轉(zhuǎn)速機(jī)組發(fā)展.采用變速恒頻技術(shù)的風(fēng)力發(fā)電機(jī)組允許其風(fēng)輪的轉(zhuǎn)速是可變的，風(fēng)輪轉(zhuǎn)速可根據(jù)風(fēng)電機(jī)組受風(fēng)的風(fēng)速進(jìn)行調(diào)整，以最大限度地吸收風(fēng)的能量，提高了風(fēng)輪（特別是在低風(fēng)速區(qū)）的轉(zhuǎn)換效率。可變恒頻技術(shù)采用了雙饋異步感應(yīng)發(fā)電機(jī)技術(shù)可以使發(fā)電機(jī)始終工作在最佳工作狀態(tài)，機(jī)電轉(zhuǎn)換效率提高。單機(jī)容量大型化發(fā)展趨勢.風(fēng)電機(jī)組單機(jī)容量逐年增大的趨勢愈來愈明顯。風(fēng)力發(fā)電機(jī)組大型化、單機(jī)裝機(jī)功率的提高，是所有風(fēng)電機(jī)組研究、設(shè)計和制造商不斷最求的目標(biāo)。最近幾年，各種新型大型風(fēng)電機(jī)組不斷出現(xiàn)并得到迅速推廣應(yīng)用。8MW1

7、0MWJ風(fēng)電機(jī)組也已研制成功，即將投入商業(yè)應(yīng)用。國際風(fēng)電發(fā)展方向有以下幾方面：1、變速包頻機(jī)組應(yīng)運而生。2、定槳距機(jī)組逐步向變槳距機(jī)組轉(zhuǎn)換.3、葉片、齒輪箱、發(fā)電機(jī)等關(guān)鍵部件不斷在可靠性、大型化。4、控制與監(jiān)控技術(shù)不斷完善。5、海上風(fēng)能利用技術(shù)及其風(fēng)電場建設(shè)受到重視。6、致力于風(fēng)力發(fā)電成本不斷下降。國內(nèi)風(fēng)電發(fā)展方向有以下幾方面：1、風(fēng)力發(fā)電從陸地向海面拓展。2、單機(jī)容量進(jìn)一步增大。3 、新方案和新技術(shù)的應(yīng)用：例如變速恒頻技術(shù)和變槳距調(diào)節(jié)技術(shù)在功率調(diào)節(jié)方法上的應(yīng)用，計算機(jī)分布式控制技術(shù)和新的控制理論應(yīng)用.4 、風(fēng)力發(fā)電機(jī)組更加個性化.四、擬解決的關(guān)鍵問題1、風(fēng)力發(fā)電機(jī)組控制系統(tǒng)中的發(fā)電機(jī)系統(tǒng)，實

8、現(xiàn)發(fā)電機(jī)與電網(wǎng)的并網(wǎng)。2、風(fēng)力發(fā)電機(jī)的偏航控制：偏航系統(tǒng)由偏航控制機(jī)構(gòu)和偏航驅(qū)動機(jī)構(gòu)兩大部分組成。3、風(fēng)力發(fā)電機(jī)的自動解纜控制：自動解纜包括計算機(jī)控制的凸輪自動解纜和紐纜開關(guān)控制的安全鏈動作計算機(jī)報警兩部分，以保證風(fēng)電機(jī)組安全.五、研究思路和方法1、本次設(shè)計要求是設(shè)計一個風(fēng)力發(fā)電機(jī)組主控系統(tǒng)，主控制器為PLC,主要完成的功能有風(fēng)車具有適應(yīng)風(fēng)向的功能；在風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)動超出設(shè)定角度值時，具有自動偏航、解纜功能；能對風(fēng)力的大小進(jìn)行監(jiān)測，并根據(jù)需要采取相應(yīng)的措施。包括風(fēng)力發(fā)電機(jī)組控制系統(tǒng)中的變槳距控制、偏航控制、溫度控制等。2、研究基于PLC的風(fēng)力發(fā)電控制系統(tǒng)，要求既要掌握PLC相關(guān)知識和特定PLC的編程語

9、言，也要有懂得一定的風(fēng)力發(fā)電方面的知識.此外，還必須涉及硬件電路的設(shè)計，才能將PLC控制和風(fēng)力發(fā)電電路成功連接.六、本課題的進(jìn)度安排第13周復(fù)習(xí)“電機(jī)學(xué)”、”可編程控制器原理與應(yīng)用"、“PLC編程及應(yīng)用”、“發(fā)電廠電氣部分”等相關(guān)理論知識。第4-5周畢業(yè)實習(xí)，撰寫實習(xí)報告。第67周查閱相關(guān)資料，確定總體設(shè)計方案。第89周熟悉西門子PLC及其相關(guān)模塊，進(jìn)行系統(tǒng)硬件設(shè)計。第10-11周熟悉西門子S7-200軟件，進(jìn)行系統(tǒng)軟件設(shè)計。第1213周程序調(diào)試。第14-15周編寫畢業(yè)設(shè)計技術(shù)文件：說明書和圖紙，撰寫論文。第16周論文定稿裝訂，準(zhǔn)備答辯，對設(shè)計內(nèi)容進(jìn)行總結(jié).七、參考文獻(xiàn)1、西門子S7-200PLC原理及應(yīng)用2、朱永強(qiáng)，風(fēng)電場電氣系統(tǒng)，機(jī)械工業(yè)出版社，2010。23、宮靖遠(yuǎn)，風(fēng)電場工程技術(shù)手冊，機(jī)