本科毕业设计-基于组态王的风力发电的偏航系统的研究

PAGEPAGEI安徽工业大学毕业设计（论文）基于组态王风力发电偏航系统的研究

摘要在某种意义上讲，人类社会的发展离不开优质能源的出现和先进能源技术的使用。在当今世界，能源的发展，能源和环境，是全世界、全人类共同关心的话题，也是我国社会发展的重要问题。风能作为一种可持续发展的新能源，不仅可以节约常规能源，而且减少环境污染，具有较好的经济效益和社会效益，越来越受到各国的重视。由于风能具有能量密度低、随机性和不稳定性等特点，风力发电机组是复杂多变量非线性不确定系统，因此，控制技术是机组安全高效运行的关键。偏航控制系统成为水平轴风力发电机组控制系统的重要组成部分。风力发电机组的偏航控制系统，主要分为两大类：被动迎风偏航系统和主动迎风系统。前者多用于小型的独立风力发电系统，由尾舵控制，风向改变时，被动对风。后者则多用大型并网型风力发电系统，由位于下风向的风向标发出的信号进行主动对风控制。本文在介绍风力机的偏航控制机构、驱动机构的基础上，采用PLC作为主控单元，设计了风电机组的偏航控制系统。系统根据风向、风速传感器采集的数据，采取逻辑控制主动对风，实现了对风过程可控。关键词：风力发电机；风向标；偏航控制系统；驱动机构AbstractInsomesense,thedevelopmentofhumansocietycannotbeseparatedfromtheemergenceofhigh-qualityenergyandadvancedenergytechnologies.Intoday'sworld,energydevelopment,energyandtheenvironment,theworld,mankind'scommontopicofconcern,butalsotheimportantissueofChina'ssocialdevelopment.Windenergyasasustainabledevelopmentofthenewenergy,notonlycansaveconventionalenergysources,andreducingenvironmentalpollution,goodeconomicandsocialbenefits,ever-increasingimportanceattached.Aswindenergyhaslowenergydensity,randomnessandnon-stabilitycharacteristicsofwindturbineiscomplexandever-changingamountofnonlinearuncertainsystems,therefore,thecontrolunittechnologyisthekeytosafeandefficientoperation.Yawcontrolsystembecomeshorizontalaxiswindturbinecontrolsystemisanimportantcomponent.Thewindturbineyawcontrolsystemisdividedintotwocategories:passiveandactiveyawwindwindsystems.Theformerismostlyusedforsmallindependentwindpowergenerationsystem,controlledbytherudder,thewindchanges,thepassivetothewind.Thelatterismoreofalarge-scalegrid-connectedwindpowergenerationsystemconsistingofthevanelocateddownwindsignalsforactiveyawcontrol.Thispaperdescribesthewindturbineyawcontrolmechanism,thedrivemechanism,basedontheuseofPLCasthemasterunit,thedesignofwindturbineyawcontrolsystem.Systemaccordingtowinddirection,windspeedsensordatacollected,totakeactivecontrollogictothewind,therealizationofthewindprocesscontrol.Keywords:Windturbine；Windvane；Yawcontrolsystem；Drivemechanism目录1.概述 11.1课题的背景和意义 11.2国外风力发电的发展 21.2.1世界风电资源的开发与利用 21.2.2世界风力发电现状 21.2.3世界风电发展很快的地区 31.3国内风力发电的发展 41.4风电发展的展望 52.风力发电机组系统构成及功能简介 72.1风力发电机的基础理论 72.1.1贝茨(Betz)理论 72.1.2风力发电机特性系数 82.2现代风机 92.3现代风力发电机组的构成 102.4风力发电的原理 112.5风力发电机系统组成部分简介 122.5.1风力机桨叶系统 132.5.2风力机齿轮箱系统 142.5.3发电机系统 142.5.4偏航系统 152.5.5解缆装置 152.5.6刹车系统 162.5.7塔架 162.5.8控制系统 163.偏航控制系统功能和原理 183.1偏航控制系统的功能 183.2偏航控制原理 193.3风向、风速信号的采集 203.3.1风向测量 203.3.2风速的测量 214.偏航控制系统设计 234.1偏航系统控制过程分析 234.1.1自动偏航 234.1.2自动解缆 244.1.3阻尼刹车 244.1.4偏航控制系统设计流程图 254.1.5解缆控制系统设计流程图 254.2PLC简介 264.2.1PLC300 274.2.2PROFIBUS一DP 274.3组态王监控系统 294.3.1组态王简介 294.3.2基于组态王软件仿真的意义 294.3.3上位机系统概述 305.结果分析 315.1E-WindTurbine运行环境 315.2组态王开发环境 325.3E-WindTurbine调试 335.4组态王运行结果 34致谢 35参考文献 361.概述1.1课题的背景和意义能源是经济发展的原动力，是现代文明的物质基础，安全、可靠的能源供应和高效、清洁的利用能源是实现社会经济持续发展的基本保证。人类社会发展的历史与能源的开发和利用水平密切相关，每一次新型能源的开发都使人类经济的发展产生一次飞跃。开发利用可再生能源资源，

提高可再生能源在能源结构中的比例将是一个重要的选择。所谓可再生能源就是取之不尽、用之不竭、与人类共存的能源。它包括太阳能、风能、生物质能、地热能、海洋能等。在这众多的可再生能源中，目前发展最快、商业化最广泛、经济上最适用的，当数风力发电。风能(windenergy)地球表面大量空气流动所产生的动能。由于地面各处受太阳辐照后气温变化不同和空气中水蒸气的含量不同，因而引起各地气压的差异，在水平方向高压空气向低压地区流动，即形成风。风能资源决定于风能密度和可利用的风能年累积小时数。风能密度是单位迎风面积可获得的风的功率，与风速的三次方和空气密度成正比关系。地球上大约有2%的太阳能被转化成风能。风力发电作为一种新的、安全可靠的洁净能源，其优越性为越来越多的人所认识。风力发电的优越性可归纳为五点:(1)风力发电是一种洁净的自然能源。风能在转换成电能的过程中，只降低了气流的速度，没有给大气造成任何污染。风电没有常规能源及核电对环境造成的污染问题。核电的放射性废料仍是一个较难解决的问题。(2)风力发电技术不断进步，单机容量逐步增大，产品质量得到改善，可用率达到98%以上，是一种安全可靠的能源。(3)由于技术进步和产品批量增加，风力发电的经济性日益提高，风电成本持续下降，见表1.1。表1.1各类能源成本比较电力种类平均成本（美分/千瓦﹡每小时）电力种类平均成本（美分/千瓦﹡每小时）煤电4.8~5.5天然气发电3.9~4.4核电11.1~14.5风电(返税前)4.0~6.0水电5.1~11.3风电(返税后)3.3~5.3从表1.1可以看出，风力发电的成本己接近煤电，低于油电和核电。若考虑煤电的环境污染和交通安全等问题，风电的经济性优于煤电。(4)风力发电场建设周期短。单台风力发电机组安装仅需几个星期，可多台同时安装，互不干扰。建设一个风力发电场，从土建、安装到投产，只需半年至一年时间；而煤电、核电的建设需要二至十年。(5)风力发电占地面积少。塔筒与监控、变电建筑仅占风电场约1%的土地，其余99%的场地可供农、林、牧使用。由此可见，风力发电具有较好的经济效益和社会效益，风力发电技术的发展受到世界各国政府的高度重视。自从20世纪80年代现代并网风力发电机组问世以来，随着桨叶空气动力学、计算机技术、控制技术、发电机技术和新材料的发展，风力发电技术的发展极为迅速，单机容量从最初的数十千瓦级发展到最近进入风电场的兆瓦级机组；功率控制方式从定桨距失速控制向全桨叶变距和变速控制发展;运行可靠性从20世纪80年代初的50%提高到98%以上;并且在风电场运行的风力发电机组全部可以实现集中控制和远程控制;风电场发展空间更加广阔，已从内陆移到海上。1.2国外风力发电的发展1.2.1世界风电资源的开发与利用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2.74×109MW，其中可利用的风能为2×107MW，比地球上可开发利用的水能总量还要大10倍。在着力提高能源供应安全、积极应对气候变化，寻求新的经济增长点的大背景推动下，全球风电累计装机容量实现了连续十年接近30％的年均增长速度，创造了全球能源行业发展的奇迹。1.2.2世界风力发电现状据世界风能协会（CWEC）的统计，2010年全世界风力发电装机容量194.4GW（风车约17×104台），比2009年的158.7GW增加了22.5%。自20世纪90年代以来，风力发电装机容量呈指数级增长。目前世界电力约2%由风电供应，欧盟（EU）平均约5%由风电供应，到2020年全球风电供应量将占电力供应总量的12%。全球可再生能源发电装机容量中风电占有压倒性优势，在被利用的可再生能源中风能占了一半以上，而风力发电也是可再生能源应用技术中最为领先的。近年世界风力发电高速增长，前景光明。风力发电机组容量的大型化、重量的轻型化、容量的高可靠性、高效率、低成本将成为风电产业的发展趋势。主要呈现为以下几个特点：（1）世界风电工业高速发展目前，已有48个国家颁布了支持可再生能源发展的相关法律法规，政策法规对风电发展起到了至关重要的作用。现今国外风力发电主要以欧美为主,发展风电的动力来源于环境的压力,主要用来减少二氧化碳等气体的排放。亚洲的风电成为全球风电产业发展的新生力量,印度则是发展中国家的典型。位于全球风力发电装机容量前10位的国家是:德国,美国,丹麦,印度,西班牙,荷兰,英国,中国,意大利,瑞典。截止到2011年10月世界风电总装机容量变化情况如图1.1所示。图1.1截止到2011年10月世界风电总装机容量（2）风电成本逐年降低尽管风电成本受很多因素的制约，但其发展趋势是逐渐降低的。随着风电技术的改进，风电机组越来越便宜和高效。增大风电机组的单机容量就减少了基础设施的费用，而且同样的装机容量需要更少数目的机组，这也节约了成本。随着融资成本的降低和开发商的经验丰富，项目开发的成本也相应得到降低。风电机组可靠性的改进也减少了运行维护的平均成本。单就过去5年而言，风电的成本已经下降了20％。在一些平均风速7m/s的地方，每千瓦装机成本为700欧元时，风电便可以与燃气发电竞争。根据丹麦RIS国家研究实验室对安装在丹麦的风电机组所进行的评估，从1981～2002年间，风电成本由15.8欧分/kWh下降到4.04欧分/kWh，预计2010年度电成本下降至3欧分/kWh，2020年降低至2.34欧分/kWh。随着技术设备的改善，成本还可以在目前的基础上再减少30%-50%。（3）海上风电悄然兴起海上有丰富的风能资源和广阔平坦的区域，使得近海风电技术成为近来研究和应用的热点。多兆瓦级风电机组在近海风电场的商业化运行是风能利用的新趋势。到2003年末，围绕欧洲海岸线，海上风电总装机600MW，集中在丹麦、瑞典、荷兰和英国。目前最大的海上风电场是位于丹麦南海岸的Nysted风电场，容量为165.6MW，由72台Bonus2.3MW海上风电机组组成，于2003年12月开始发电。预计到2010年，欧洲海上风电的装机容量将达到10000MW。1.2.3世界风电发展很快的地区目前全球风力发电开发状况按地域划分，欧洲、亚洲、北美共占世界的97.2%，分别为44.3%、30.2%和22.7%。按国家划分，风力发电装机容量中国居第一位（42287MW，占21.75%），其后是美国（40180MW，占20.67%）、德国（27214MW，占14.00%）、西班牙（20676MW，占10.64%）、印度（13065MW，占6.72%）等。按企业划分，前10位中中国占4位，欧洲占4位，其次是美国、印度各占1位，丹麦的Vestas居第一位（见表1.2）。数年之前一直是德国、西班牙、丹麦等欧洲国家拉动世界风电开发，然而近两年中国、美国突飞猛进，今后风力发电可望成为欧洲、亚洲、北美的主要电力来源。从中长期来看，随着发展中国家经济的发展，中东、南美、非洲也将进行风力发电开发。表1.22010年按国家与企业分风力装机容量分布排名国家装机容量/MW企业占全球装机比例，%1中国42287Vestas(丹麦)14.82美国40180华锐风电（中）11.13德国27214GEwind（美）9.64西班牙20676金属科技（中）9.55印度13065Enercon(德)7.26法国5660Suzulon能源（印度）6.97英国5204东方电气（中）6.78加拿大4009Gamesa（西班牙）6.69丹麦3752Siemens(德)5.910葡萄牙3702国电联动（中）4.211其他28641其他17.51.3国内风力发电的发展我国是世界上风力资源较为丰富的国家之一，10米高度层的风能资源总储量为32.26亿KW，其中可供开发利用的风能约为2.5亿KW。有沿海（山东、浙江、福建、广东）和东北至西北（内蒙古、新疆、甘肃）两大风带，风的质量好，为开发风电提供了基础环境与条件。我国的风力发电事业在近20年来取得了可喜的进展，对风力发电各项技术的研究也有了很大进展。据2005年11月8日的科技日报报道2003年开始，国家发改委就开始组织开展全国风能资源调查，预计花3-5年的时间就能得到全国风能资源更为准确的数据。按目前的估计技术可开发储量计算，国内可开发装机容量可能超过20亿千瓦。为了提高风机的国产化率，我国也制定了一系列攻关计划和优惠政策，并取得了一定的成果，如新疆金风科技公司承担的600KW风力发电机国产化的‘九五’科技攻关项目获得成功，使600KW定桨距风机的国产化达到75%。1.4风电发展的展望根据2010年10月GWEC和绿色和平国际组织（Greenpeace）的预测，今后20年风力发电将成为世界主力电源。2030年装机容量将达到23×108kW，可供应世界电力需求的22%。GWEC和Greenpeace的长期预测见表1.3。表1.3GWEC和绿色和平国际组织的预测今后20年装机容量项目2007年2008年2009年2010年2015年2020年2030年基准方案装机容量/MW93864120297158505185258295783415433572733发电量/（TW.h）20626334740672510191405中增长方案装机容量/MW938641202971585051987174603648322511777550发电量/（TW.h）206263347435112920414360高增长方案装机容量/MW9386412029715850520165753323310714152341984发电量/（TW.h）206263347442130826285429按照2010年风力发电装机500万千瓦的目标在2007底或2008年初提前完成的预计，届时国内的设备制造业已经初步建立起来，产品经过运行实践不断改进，质量提高，机型成熟，产能也不断扩大。因此，2007年每年平均新增装机250万kW，至2010年年底累计装机达到1000万～1200万kW。按2010年底全国风电累计装机1000万kW估算，2010当年风电上网电量应该达到200亿kWh，能源替代的效果将十分显著。2020年实现装机容量3000万～4000万千瓦的目标前景良好。参照过去10年全球风能28.3%的平均发展速度，若2010年后我国风电产业发展顺利，至2015年前每年新增装机超过400万千瓦，年均增长25%，则2015年风电装机预计达到3000万千瓦，2020年的目标可以提前5年实现；2015年后年均新增800万千瓦，从而达到目前欧洲年均增长的水平，增长速度达到19%（全球风能理事会GWEC预测全球平均14%），则在2020年前，我国风电累计装机达到7000万千瓦也有可能实现。届时风电在全国电力装机中的比例接近6％，风电电量约占2.8％。从分析来看，我国的风电市场发展有着较好的发展前景。按照单位千瓦投资8000元计算，在2020年左右，我国的风电可以形成每年500亿～600亿元的投资市场，潜力是巨大的。2.风力发电机组系统构成及功能简介2.1风力发电机的基础理论2.1.1贝茨(Betz)理论世界上第一个关于风轮机风轮叶片接受风能的比较完整的理论是1919年由A·贝茨(Betz)建立的。贝茨理论的建立依据的假设条件是假定风轮是理想的，能全部接受风能并且没有轮毂，叶片是无限多，对气流没有任何阻力。而空气流是连续的，不可压缩的，叶片扫掠面上的气流是均匀的，气流速度的方向不论在叶片前或流经叶片后都是垂直叶片扫掠面的(或称为是平行风轮轴线的)，满足以上条件的风轮称为“理想风轮”。我们分析一个放置在移动的空气中的“理想风轮”叶片上所受到的力及移动的空气对风轮叶片所做的功。风吹到叶片上所做的功是将风的动能转化为叶片转动的机械能，则有，。如果假设空气是不可压缩的，由连续条件可得(2-1)由流体力学可知气流的动能为(2-2)设单位时间内气流流过载面积为s的气体的体积为V，则。如果以表示空气密度，该体积的空气质量，此时气体所具有的动能为(2-3)的单位是kg/m3；V的单位是m3；的单位是m/s；T的单位是W。从风能公式可以看出风能的大小与气流密度和通过的面积成正比，与气流速度成正比，其中和随地理位置、海拔、地形等因素而变。风作用在叶片上的力由欧拉定理求得(2-4)式中——空气当时的密度风轮所接受的功率为(2-5)所以经过风轮叶片的风的动能转化(2-6)式中——空气质量(2-7)(2-8)因此，风作用在风轮叶片上的力F和风轮输出的功率P分别为(2-9)(2-10)风速是给定的，的大小取决于，是的函数，对微分求最大值得(2-11)令其等于0，求解方程得(2-12)(2-13)16/27=0.593，称作贝茨功率系数(2-14)而正是风速为的风能，故(2-15)=0.593，说明风吹在叶片上，叶片上所能获得的最大功率为风吹过叶片扫掠面积的风能的59.3％。贝茨理论说明理想的风能对风轮叶片做功的最高效率是59.3％。通常风轮机风轮叶片接受风能的效率达不到59.3％，一般根据叶片的数量、叶片的翼形、功率等情况取0.25-0.45。2.1.2风力发电机特性系数贝茨理论提供了风能的基本理论，但在讨论风轮机的能量转换与控制时有几个特性系数具有特别重要的意义。（1）风能利用系数风轮机从自然风能中吸到能量的大小和程度可以用风能利用率系数表示(2-16)（2）叶尖速比为了表示风轮在不同的风速中的状态用叶片的叶尖圆周速度与风速之比来衡量称为叶尖速比(2-17)低速风轮取较小值；高速风轮取较大值。（3）转矩系数和推力系数为了便于把气流作用下的风轮机产生的转矩和推力进行比较常以为变量作成转矩和推力的变化曲线，因此转矩和推力也要无因次化。(2-18)(2-19)2.2现代风机刚出现的风力发电机发出的电时有时无，电压和频率不稳定，是没有实际应用价值的。一阵狂风吹来，风轮越转越快，系统就会被吹跨。现代风机为了解决风力发电机发出的电时有时无，电压和频率不稳定的问题，增加了齿轮箱、偏航系统、液压系统、刹车系统和控制系统等，现代风机的示意如图2.1。图2.1现代风力发电机2.3现代风力发电机组的构成现代风力发电机组的构成包括：叶轮、传动系统、发电机、偏航系统、控制系统以及其他部件。叶轮是将风能转变为机械能，传动系统是将叶轮的转速提升到发电机的额定转速，发电机是将叶轮获得的机械能再转变为电能，偏航系统是使叶轮可靠地迎风转动并解缆，其它部件如塔架、机舱等，控制系统是使风力机在各种自然条件与工况下正常运行的保障机制，包括调速、调向和安全控制。（1）叶轮由叶片和轮毂组成，是机组中最重要的部件：决定其性能和成本，目前多数是上风式，三叶片；也有下风式，两叶片。叶片与轮毂的连接有固定式（定桨距），及可动式（变桨距）。叶片多由复合材料（玻璃钢）构成。（2）传动系统由风力发电机中的旋转部件组成。主要包括低速轴，齿轮箱和高速轴，以及支撑轴承、联轴器和机械刹车。齿轮箱有两种：平行轴式和行星式。大型机组中多用行星式（具有重量和尺寸优势）。有些机组无齿轮箱，即直驱式。传动系的设计按传统的机械工程方法，主要考虑特殊的受载荷情况。齿轮箱可以将很低的风轮转速（17-48转/分）变为很高的发电机转速（通常为1500转/分）。同时也使得发电机易于控制，实现稳定的频率和电压输出。由于机组安装在高山、荒野、海滩、海岛等风口处，受无规律的变向变负荷的风力作用以及强阵风的冲击，常年经受酷暑严寒和极端温差的影响，齿轮箱安装在塔顶的狭小空间内，一旦出现故障，修复非常困难，故对其可靠性和使用寿命都提出了比一般机械高得多的要求。例如对构件材料的要求，除了常规状态下机械性能外，还应该具有低温状态下抗冷脆性等特性；应保证齿轮箱平稳工作，防止振动和冲击；保证充分的润滑条件。（3）机舱与偏航机构

包括机舱盖，底板和偏航系统。机舱盖起防护作用，底板支撑着传动系部件。偏航机构是驱动机舱在回转轴承上相对塔架转动的装置，也称为对风装置，其作用是能够快速平稳地对准风向，以便风轮获得最大的风能，偏航系统的主要部件是一个连接底板和塔架的大齿轮。上风式机组采用主动偏航，由偏航电机或液压马达驱动，由偏航控制系统控制。偏航刹车用来固定机舱位置。（4）控制系统是现代风力发电机的神经中枢。现代风机是无人值守的。以600千瓦风机为例，一般在4米/秒左右的风速自动启动，在14米/秒左右发出额定功率。然后，随着风速的增加，一直控制在额定功率附近发电，直到风速达到25米/秒时自动停机。现代风机的存活风速为60-70米/秒，也就是说在这么大的风速下风机也不会被吹坏。通常所说的12级飓风，其风速范围也仅为32.7-36.9米/秒。风机的控制系统，要在这样恶劣的条件下，根据风速、风向对系统加以控制，在稳定的电压和频率下运行，自动地并网和脱网。并监视齿轮箱、发电机的运行温度，液压系统的油压，对出现的任何异常进行报警，必要时自动停机。2.4风力发电的原理现代风力发电系统由风能资源、风力发电机组、控制装置及检测显示装置等组成。风力发电机组是风电系统的关键设备，通常包括风轮机、发电机、变速器及相应控制装置，用来实现能量的转换。完整的并网风力发电系统结构示意图见图2.2。图2.2风力发电系统结构示意图其中，风轮机理想运行功率输出曲线见图2.3。图2.3风轮机理想运行功率输出曲线图2.4恒速恒频发电方式与变速恒频发电方式运行功率曲线比较长期以来风力发电系统主要采用恒速恒频发电方式(ConstantSpeedConstantFrequency简称CSCF)和变速恒频发电方式(VariableSpeedConstantFrequency简称VSCF)两种。恒速恒频发电方式，概念模型通常为“恒速风力机+感应发电机”，常采用定桨距失速或主动失速调节实现功率控制。在正常运行时，风力机保持恒速运行，转速由发电机的极数和齿轮箱决定。由于风速经常变化，功率系数Cp不可能保持在最佳值，不能最大限度地捕获风能，效率低。变速恒频发电方式，概念模型通常为“变速风力机+变速发电机(双馈异步发电机或低速永磁同步发电机)”，采用变桨距结构，启动时通过调节桨距控制发电机转速；并网后，在额定风速以下，调节发电机反转矩使转速跟随风速变化以保持最佳叶尖速比从而获得最大风能；在额定转速以上，采用变速与桨叶节距的双重调节限制风力机获取的能量以保证发电机功率输出的稳定性。前者结构简单、运行可靠，但其发电效率较低，而且由于机械承受应力较大，相应的装置成本较高。后者可以实现不同风速下高效发电从而使得系统的机械应力和装置成本都大大降低。采用变速恒频发电方式，能在风速变化的情况下实时调节风力机转速，使之始终在最佳转速上运行，捕获最大风能。2.5风力发电机系统组成部分简介目前研究最多的是双馈感应风力机系统，与传统的恒速恒频风力发电系统相比，采用双馈电机的变速恒频风力发电系统具有风能利用系数高，能吸收由风速突变所产生的能量波动以避免主轴及传动机构承受过大的扭矩和应力，以及可以改善系统的功率因数等。但无论哪种结构形式，风力发电机系统基本包括以下几个组成部分：风力机桨叶系统，齿轮箱系统，发电机系统，控制系统，偏航系统，刹车系统等。如图2.5所示风力发电机组结构总图。图2.5风力发电机组结构总图2.5.1风力机桨叶系统风轮是吸收风能并将其转换成机械能的部件，风以一定的速度和攻角作用在桨叶上，使桨叶产生旋转力矩而转动，将风能转换成机械能，进而通过增速器驱动发电机。对于定桨距系统，其桨叶与轮毂的连接是固定的，即当风速变化时，桨叶的迎风角度不能随之改变。这一特点，给定桨距风力发电机组提出了两个必须要解决的问题，一是当风速高于风轮额定风速时，桨叶必须能够自动地将功率限制在额定值附近，因为风力机上所有材料的物理性能是有限度的。二是运行中的风力发电机组在突然失去电网的情况下，桨叶自身必须具备制动能力，使风力发电机组能够在大风情况下安全停机。为解决这样的问题，制造商家通过改善叶轮的制造材料，采用加强玻璃塑料、碳纤维强化塑料、钢和铝合成。另外在桨叶尖部安装叶尖扰流器，在需要制动时打开。由于叶尖部分处于距离轴的最远点，整个叶片作为一个长的杠杆，扰流器产生的气动阻力相当高，足以使风力机在几乎没有任何磨损的情况下迅速减速，这一过程即是桨叶空气动力刹车。叶尖扰流器是风力发电机组的主要制动器，每次制动时都是它起主要作用。对于变桨距系统，叶片用可转动的轴安装在轮毂上，轮毂上安装的几个叶片可同步转动以改变叶片的安装角，即同步改变叶片的迎角以满足不同的风速条件下风力发电机得到最大功率。随着风力机单机容量的不断增加，风力机发电效率和可靠性的不断改善，大中型风力机的叶片材料逐渐由玻璃纤维增强树脂发展为强度高、质量轻的碳纤维。2.5.2风力机齿轮箱系统由于风轮转速与发电机转速之间的巨大差距，增速齿轮箱成为风力发电机组中的一个必不可少的部件。增速箱的低速轴接桨叶，高速轴接发电机（直驱式风力发电机则没有齿轮箱机构）。齿轮箱系统的特点是：（1）低速轴采用行星架浮动，高速轴采用斜齿轮（螺旋齿轮）浮动，这种两级或者三级的复合齿轮形式，使结构简化而紧凑，同时均载效果好。（2）输入轴的强度高、刚性大、加大支承，可承受大的径向力、轴向力和传递大的转矩，以适应风力发电的要求。在大型风力发电机中，发电机的极数愈多，增速箱的传动比就可以越小。国外一般采用2-4极的发电机。风力发电机组的设计通常要求在无人值班运行条件下工作长达20年之久，因此齿轮箱的轴承在此受到了真正的考验。近年来国内外风力发电机组故障率最高的部件当数齿轮箱，而齿轮箱的故障绝大多数是由于轴承的故障造成。在齿轮箱的使用中，应根据使用地点的不同添加润滑油冷却或加温机构，以确保齿轮箱的润滑，增加其使用寿命。与传统的风力发电机系统相比，直驱永磁风力发电机取消了沉重的增速齿轮箱，提高了风力发电机组的可靠性和可利用率，降低了制造和维护成本，减小了机械效率损失，提高了运行效率。开发直驱式风力发电机组是我国日后风力发电机制造的趋势之一。2.5.3发电机系统现今，风力发电机的单机容量越来越大。风力发电机所用的发电机一般采用异步发电机，对于定桨距风力发电机组，一般还采用单绕组双速异步发电机，这一方案不仅解决了低功率时发电机的效率问题，而且还改善了低风速时的叶尖速比。由于绕线式异步发电机有滑环电刷，这种摩擦接触式结构在风力发电恶劣的运行环境中较易出现故障。所以，有些风力发电系统采用无刷双反馈电机，该电机定子有两套极数不同的绕组，转子为笼型结构，无须滑环与电刷，可靠性高。目前，这种发电机形式成为各风电制造厂商生产的主流形式。但对于直驱式风力发电机系统，采用的是永磁同步发电机形式。这种直接驱动式风力发电机组由于没有齿轮箱，零部件数量相对传统风电机组要少得多。直驱式风力发电机组在我国是一种新型的产品，但在国外已经发展了很长时间。目前我国在直驱式风机中系统的研究相对传统机型较少，但开发直驱式风力发电机组也是我国日后风机制造的趋势之一。图2.6所示为双馈异步感应发电机系统，通过轴承与齿轮箱机构联结。图2.6双馈异步感应发电机系统结构图2.5.4偏航系统偏航系统是用来调整风力机的风轮叶片旋转平面与空气流动方向相对位置的机构，因为当风轮叶片旋转平面与气流方向垂直时，风力机从流动的空气中获取的能量最大，因而风力机的输出功率最大。2.5.5解缆装置自然界中的风是一种不稳定的资源，它的速度与风向是不定的。由于风向的不确定性，风力发电机就需要经常偏航对风，而且偏航的方向也是不确定的，由此引起的后果是电缆会随风力发电机的转动而扭转。如果风力发电机多次向同一方向转动，就会造成电缆缠绕，绞死，甚至绞断，因此必须设法解缆。不同的风力发电机需要解缆时的缠绕圈数都有其规定。当达到其规定的解缆圈数时，系统应自动解缆，此时启动偏航电机向相反方向转动缠绕圈数解缆，将机舱返回电缆无缠绕位置。若因故障，自动解缆未起作用，风力发电机也规定了一个极值圈数，在纽缆达到极值圈数左右时，纽缆开关动作，报纽缆故障，停机等待人工解缆。在自动解缆过程中，必须屏蔽自动偏航动作。自动解缆包括计算机控制的凸轮自动解缆和纽缆开关控制的安全链动作计算机报警两部分，以保证风电机组安全。凸轮控制的自动解缆过程如下:根据角度传感器所记录的偏转角度情况，确定顺时针解缆还是逆时针解缆。首先松偏航闸，封锁传感器故障的报告，当需要解缆且记录数字为负时，控制偏转电机正转，当需要解缆且记录数字为正时，控制偏转电机反转。在此过程中同时检测偏航中心电机工作，系统处于待机状态，向中心控制器发出自动解缆完成信号。纽缆开关控制的安全链保护；若凸轮控制的自动解缆未能执行，则纽缆情况可能会更加严重，当纽缆达到极值圈数时，纽缆开关将动作，此开关动作将会触发安全链动作，向中心控制器发出紧急停机信号和不可自复故障信号，等待进行人工解缆操作。2.5.6刹车系统其功能是当风力机需要停止运转或在大风时使风力机停止运转以达到维修或保护风力机的目的。在小型风力机中多采用机械抱闸刹车方式实现制动停车，可以手动也可自动实现停车；在大中型风力机中多采用液压或电气制动方式实现抱闸停车。2.5.7塔架用来支撑风力机及机舱内各种设备，并使之离开地面一定高度，以使风力机能处于良好的风况环境下运转。根据风力机容量的大小，塔架可以制成实心铁柱式，也可以制成钢材晰架结构或柔性塔架。2.5.8控制系统风力发电机组控制系统的结构图如图2.7所示。定桨距风力机控制系统由于功率输出是由桨叶自身的性能来限制的，桨叶的节距角在安装时已经固定；发电机的转速则是由电网频率限制。所以，在允许的风速范围内，该形式的控制系统在运行过程中对由于风速的变化引起输出量的变化是不作任何控制的。变桨矩风力发电机组，则在控制性能方面，大大改善，不但在起动时可对转速进行控制，在并网后则可对功率进行控制。相对于定桨距风力发电机组来说，变桨距风力发电机组的液压系统也不再是简单的执行机构，作为变距系统，它自身是一个闭环控制系统，采用了电液比例阀或电液伺服阀，控制系统水平得到了极大的改善和提高，并逐渐发展成熟。图2.7所示为风力发电机控制系统的结构，针对此控制系统，选用集散型或分布式工业控制计算机，是绝大多数风力发电机组选用的形式。其优点是有各种功能的专用模块可供选择，可以方便地实现就地控制，许多控制模块可直接布置在控制对象的工作点，就地采焦信号讲行处理。这样就避免了各类传感器和舱内执行机构与地面主控制器之间的通信线路及控制线路。主控制器通过各类安装在现场的模块，对电网风况及风力发电机组的运行参数进行监控，并与其它控制模块保持通信，通过对各方面的情况进行综合分析后，发出控制指令，实现控制目的。图2.7控制系统结构图3.偏航控制系统功能和原理风力机的种类和式样很多，但由于风力机将风能转变为机械能的主要部件是受风力作用而旋转的风轮,因此,风力机依风轮的结构及其在气流中的位置大体上可分为两大类:一类为水平轴风力机；一类为垂直轴风力机。水平轴风力机的风轮围绕一个水平轴旋转，工作时，风轮的旋转平面与风向垂直，风轮上的叶片是径向安置的,与旋转轴相垂直，用于风力发电的风力机一般叶片数取1～4(大多为2片或3片)，叶片数多的风力机通常称为低速风力机，它在低速运行时，有较高的风能利用系数和较大的转矩。它的起动力矩大，起动风速低,因而适用于提水。叶片数少的风力机通常称为高速风力机。它在高速运行时有较高的风能利用系数，但起动风速较高。由于其叶片数很少，在输出同样功率的条件下比低速风轮要轻得多，因此适用于发电。垂直轴风力机的风轮围绕一个垂直轴旋转，其主要优点是可以接受来自任何方向的风，因而当风向改变时无需对风。由于不需要调向装置,也就是说不需要偏航控制系统，因此它们的结构设计简单。偏航系统是水平轴式风力发电机组必不可少的组成系统之一，对风电机组利用风能起着非常巨大的作用。风力发电机组的偏航系统一般分为主动偏航系统和被动偏航系统，其主要组成部分包括：偏航大齿圈、侧面轴承、滑垫保持装置、上下及侧面滑动衬垫、偏航驱动装置、偏航限位开关、接近开关、风速仪风向标等等。它的功能有两个：一是要控制风轮跟踪变化稳定的风向；二是当风力发电机组由于偏航作用，机舱内引出的电缆发生缠绕时，自动解除缠绕。风力机偏航的原理是通过风传感器检测风向、风速，并将检测到的风向信号送到微处理器，微处理器计算出风向信号与机舱位置的夹角，从而确定是否需要调整机舱方向以及朝哪个方向调整能尽快对准风向。当需要调整方向时，微处理器发出一定的信号给偏航驱动机构，以调整机舱的方向，达到对准风向的目的。风力发电机组的偏航系统一般分为主动偏航系统和被动偏航系统。被动偏航指的是依靠风力通过相关机构完成机组风轮对风动作的偏航方式，常见的有尾舵、舵轮和下风向三种；主动偏航指的是采用电力或液压拖动来完成对风动作的偏航方式，常见的有齿轮驱动和滑动两种形式。对于并网型风力发电机组来说，通常都采用主动偏航的齿轮驱动形式。3.1偏航控制系统的功能偏航控制系统主要具备以下几个功能：（1）风向标控制的自动偏航；（2）人工偏航，按其优先级别由高到低依次为：顶部机舱控制偏航、面板控制偏航、远程控制偏航；（3）自动解缆；3.2偏航控制原理偏航角θe：(3-1)其中：θW－风向角度；θT－风力机叶轮角度。风向标作为感应元件将风向变化信号转换为电信号传递到偏航电机控制回路的处理器中，处理器经过比较后给偏航电机发出顺时针或逆时针的偏航指令。为了减少偏航时的陀螺力矩，电机转速将通过同轴连接的减速器减速后，将偏航力矩作用在回转体大齿轮上，带动风轮偏航对风，当对风结束后，风向标失去电信号，电机停止转动，偏航过程结束。在偏航过程中，风力机总是按最短路径将机舱转过相应角度，才能够提高发电效率，这样就需要解决电机的起动和转向问题。为了确定电机的转向使风力机转过最小路径，即偏航时间最短，需要弄清偏航角θe与风向角度和风力机叶轮角度（也就是机舱角度）之间的相对关系。就水平轴风力机而言，风向和风力机叶轮迎风面法线方向的夹角有以下两种情况（以下角度都是相对的）：当风向与风力机叶轮迎风面法线方向角度差小于180o时，偏航角为：(3-2)通常，风向角度θW是相对于叶轮迎风面法线方向角度，故取θT＝0，偏航角度为：(3-3)如图3.1所示（叶轮迎风面以粗实线表示，虚线表示风力机处于迎风位置），电机正转，风力机机舱顺时针调向。图3.1θw<180°时θe=θw机舱顺时针调向 当风向与风力机叶轮迎风面法线方向角度差大于180°时，偏航角为：(3-4)如图3.2所示（叶轮迎风面以粗实线表示，虚线表示风力机处于迎风位置），电机反转，风力机机舱逆时针调向。图3.2θw>180°时θe=360°-θw机舱逆时针调向3.3风向、风速信号的采集3.3.1风向测量风向信号作为偏航控制系统中最关键的输入信号，对其准确的测量将影响整个控制系统的性能。风作为矢量，既有大小，又有方向，其测量包括风向和风速两项。风向测量是指测量风的来向。风向标一般是由尾翼、指向杆、平衡锤以及旋转主轴四部分组成的首尾不对称的平衡装置。其重心在支撑轴的轴心上，整个风向标可以绕垂直轴自由摆动。在风的动压力作用下，取得指向的来向的一个平衡位置，即为风向的指示。传送和指示风向标所在方位的方法有电触点盘、环形电位、自整角机和光电码盘四种类型，其中最常用的是码盘。图3.3是一种目前风力发电机组常采用的风向传感器。图3.3 常采用的风向传感器3.3.2风速的测量风速是单位时间内空气在水平方向上所移动的距离。风速的测量有使用旋转式风速计、散热式风速计和声学风速计（超声波风速计），但是通常使用的绝大多数是旋转式风速计。（1）旋转式风速计旋转式风速计的感应部分是一个固定在转轴上的感应风的组件，常用的有风杯、螺旋桨叶片和平板叶片三种类型。风杯旋转轴垂直于风的来向，螺旋桨叶片和平板叶片旋转轴平行于风的来向。测定风速最常用的传感器是风杯，杯形风速计的主要优点是它与风向无关。杯形风速计一般由3个或者4个半球形或抛物锥形的空心杯壳组成。杯形风速计固定互成120°角的三叉形支架上或互成90°角的十字形支架上，杯的凹面顺着同一方向，整个横臂架则固定在能旋转的垂直轴上。由于凹面和凸面所受的风压力不相等，在风杯受到扭力作用时开始旋转，它的转速与风速成一定的关系。用在某风力发电机组上的风速传感器和风杯风速计分别如图3.4和3.5所示。（2）风杯风速记录风速记录通过信号的转换方法来实现。它的原理是，风杯旋转轴上装有一圆盘，盘上有等距的孔，孔上面有一红外光源，正下方有一光电半导体，风杯带动圆盘旋转时，由于孔的不连续性，形成光脉冲信号，经光电半导体元件接受放大后变成电脉冲信号输出，每一个脉冲信号表示一定的风的行程。图3.4风速传感器图3.5风杯风速计（3）风向传感器在机舱上的位置作为风向测量和信号传递的关键元件－风向传感器，在整个系统中的地位非常重要，其在机舱上的放置位置，也会影响到风向测量的准确性，在设计机舱的尺寸时候，测风装置的安装位置是预先设计好的。4.偏航控制系统设计风力机偏航控制系统从原理上来说是一个位置伺服控制系统，即偏航电动机带动风力机机舱负载使其根据传感器发出的信号，进行位置调整，以达到对风。工作原理即通过风传感器检测风向、风速，并将检测到的风向信号送到微处理器，微处理器计算出风向信号与机舱位置的夹角，从而确定是否需要调整机舱方向以及朝哪个方向调整能尽快对准风向。当需要调整方向时，微处理器发出一定的信号给偏航驱动机构，以调整机舱的方向，达到对准风向的目的。4.1偏航系统控制过程分析4.1.1自动偏航为了使风力发电机吸收的功率最大，发挥最大效能，机舱必须准确对风；因此必须使叶轮法线方向与风向基本一致。当风向改变，超过允许误差范围时，系统计算机发出自动偏航指令，传感器和偏航电机组成的对风系统执行校正动作，使机舱准确对风。在实际的偏航控制中，带有解缆传感器的自动偏航控制过程分析：连续一段时间检测风向情况；根据自动偏航风向标传感器ASS信号给出偏航控制指令。当ASS=00时，表明机舱己处于对风位置；若ASS=11，则表明进行的是钝角偏航，为了有效地防止电缆缠绕，读上次钝角偏航方向并取其反方向，记录此次偏航方向；若ASS=01，设置偏航电机正转，若ASS＝10，设置偏航电机反转；偏航电机工作后启动偏航计时器计时，控制偏航电机运转一定时间，再判断ASS是否为00，若ASS=00，表明机舱已对风，否则判断计时时间是否超过偏转360度所需时间，若计时时间超过偏转360度所需时间偏航电机仍未停止工作，则停止偏航，向中心控制器发出安全停机信号和风向标故障信号。若ASS＝00，偏航计时时间不超过偏转360度所需时间时，控制偏航电机继续运转，直到ASS=00，向中心控制器发出自动偏航完成信号并复位自动偏航标志位。自动偏航传感器ASS状态示意图，如图4.1所示，参数说明和电机运行状态如表4.1所示。图4.1自动偏航传感器状态示意图（虚线表示风向标0度位置）表4.1自动偏航传感器ASS说明和电机运行状态ASS设置电机状态00已对风停止01锐角偏航偏航电机正转10锐角偏航偏航电机反转11钝角偏航视上次偏航情况4.1.2自动解缆自然界中的风是一种不稳定的资源，它的速度与风向是不定的。由于风向的不确定性，风力发电机就需要经常偏航对风，而且偏航的方向也是不确定的，由此引起的后果是电缆会随风力发电机的转动而扭转。如果风力发电机多次向同一方向转动，就会造成电缆缠绕，绞死，甚至绞断，因此必须设法解缆。不同的风力发电机需要解缆时的缠绕圈数都有其规定。当达到其规定的解缆圈数时，系统应自动解缆，此时启动偏航电机向相反方向转动缠绕圈数解缆，将机舱返回电缆无缠绕位置。若因故障，自动解缆未起作用，风力发电机也规定了一个极值圈数，在纽缆达到极值圈数左右时，纽缆开关动作，报纽缆故障，停机等待人工解缆。在自动解缆过程中，必须屏蔽自动偏航动作。自动解缆包括计算机控制的凸轮自动解缆和纽缆开关控制的安全链动作计算机报警两部分，以保证风电机组安全。凸轮控制的自动解缆过程如下:根据角度传感器CW和CCW所记录的偏转角度情况，确定顺时针解缆还是逆时针解缆。首先松偏航闸，封锁传感器故障的报告，当需要解缆且记录CW为1时，控制偏转电机正转，当需要解缆且记录CCW为1时，控制偏转电机反转。在此过程中同时检测偏航中心传感器信号，直到偏航传感器中心信号为0，则结束解缆；此时停止偏航电机工作，系统处于待机状态，向中心控制器发出自动解缆完成信号。纽缆开关控制的安全链保护；若凸轮控制的自动解缆未能执行，则纽缆情况可能会更加严重，当纽缆达到极值圈数时（比如设定3圈），纽缆开关将动作，此开关动作将会触发安全链动作，向中心控制器发出紧急停机信号和不可自复故障信号，等待进行人工解缆操作。4.1.3阻尼刹车为了保证刹车过程的稳定性，风力发电机的偏航系统中的阻尼刹车装置都是成对对称分布的，至少有两组四个刹车盘组成。阻尼刹车的工作过程：当风力发电机收到偏航指令时，刹车机构动作。根据风速、风向及偏航系统调向的速度，来确定阻尼力矩的大小。阻尼力矩大小的调节是通过调节比例阀的开度的大小，从而调节液压流量的大小和液压力的大小。液压力的大小的改变同时也改变了刹车力矩的大小，刹车力矩的大小的变化也就反映了阻尼力矩的大小的变化。4.1.4偏航控制系统设计流程图图4.2偏航控制系统设计流程图如图4.2所示偏航控制系统设计流程图，首先，通过E-WindTurbine采集风速和风向；然后，判断是采用手动偏航还是自动偏航；如果是采用手动偏航，在确定是左偏航还是右偏航；如果是采用自动偏航的话，当风速超过4m/s，计算风向角与偏航角的差，再判断是否偏航，最后，确定是左偏航还是右偏航。4.1.5解缆控制系统设计流程图 如图4.3所示解缆控制系统设计流程图，首先，监测风速和风向；然后，再判断偏航几圈，超过5圈则手动偏航；超过3圈但不到5圈的则自动偏航；不到3圈则不用偏航。图4.3解缆控制系统设计流程图4.2PLC简介PLC与组态王监控系统组成的控制系统主要用于对偏航系统的控制,系统结构基于PROFIBUS一DP网络,采用可编程控制器PLC300和上位机两级控制结构：PLC300通过PROFIBUS一DP网络控制偏航系统，上位机组态王监控系统监控偏航系统运行；组态王可通过MPI或TCP/IP与PLC通讯,本试验台选用TCP/IP通讯方式，上位机组态王还可通过OPC与风电偏航系统在线监控系统通讯,实现数据的共享。国际电工委员会（IEC）对可编程序控制器的定义为：可编程序控制器是一种数字运算操作的电子系统，专为在工业环境下应用而设计。它采用了可编程序的存储器，用来在其内部存储执行逻辑运算、顺序控制、定时、计数和算术运算等操作的指令。并通过数字式和模拟式的输入和输出，控制各种类型的机械或生产过程。可编程序控制器及其有关外围设备，都按易于工业系统联成一个整体，易于扩充其功能的原则设计。定义强调了PLC直接应用于工业环境，具有很强的抗干扰能力、广泛的适应能力和应用范围。这是区别于一般微机控制系统的一个重要特征。这也是本课题选用PLC作为控制系统的重要原因。PLC的主要功能：（1）开关量（数字量）控制这是PLC最基本的功能。PLC具有强大的逻辑运算能力，可以实现各种简单和复杂的逻辑控制，常用于取代传统的继电器控制系统。（2）模拟量控制在工业生产过程中，有许多连续变化的量，如温度、压力、流量、液位和速度等都是模拟量。而PLC中的微处理器CPU只能处理数字量。所以PLC中配置了A/D和D/A转换模块，把现场输入的模拟量经A/D转换后送CPU处理。而CPU处理数字量结果，经D/A转换后，转换成模拟量去控制被控设备，以完成对连续量的控制。（3）定时监控PLC具有定时控制的功能，它为用户提供了若干个定时器。定时器的时间可以由用户在编写用户程序时设定，实现定时或延时的控制。（4）计数控制PLC具有计数控制的功能，它为用户提供了若干个计数器。计数器的计数值可以由用户在编写用户程序时设定，实现计数控制。（5）数据处理现代PLC具有数据处理的能力。它不仅能进行数字运算（包括四则运算、矩阵运算、函数运算、字逻辑运算以及求反、循环、移位、浮点数运算等）和数据传送，而且还能进行数据比较、数据转换、数据显示以及数据通信等。（6）通信和联网现代PLC具有网络通信功能，它既可以对远程I/O进行控制，又能实现PLC与PLC、PLC与计算机之间的通信，从而构成“集中管理、分散控制”的分布式控制系统，实现工厂自动化。4.2.1PLC300CPU315一PN/DP型PLC300具有中等规模的程序存储容量和程序框架,对二进制和浮点数运算具有较高的处理能力,与集中式1/0和分布式UO一起使用,可用作生产线上的中央控制器,集成的PROFINET接口,组合了MPI/PROFIBUS一DP主/从接口,在PROFINET上实现基于组件的自动化,PROFINET代理,用于基于组件的自动化(CBA)中的PROFIBUs一DP智能设备,PROFINET1/0控制器,用于在PROFINET上运行分布式1/0,CPU运行需要微存储卡(MMC)。4.2.2PROFIBUS一DPPROFIBUS是国际化和开放式的标准现场总线。它广泛地应用在生产和过程自动化。用国际标准EN50170和IEC6ll58来保证其中立性和开放性，可分为PROFIBUS一DP,PROFIBUS一PA,PROFIBUS一FMS三种。其中PROFIBUS一DP应用于现场级,它是一种高速低成本通信,用于设备级控制系统与分散式1/0之间的通讯"PROFIBUS主要使用主一从方式,周期性地与传动装置进行数据交换"但经过改进,现在扩展的PROFIBUS一DP除周期型数据传送外,也具有非周期型数据传送同时进行周期性数据传送和报警过程功能"主站决定在总线上的数据传送而且也被设计作为主动结点。有两种类型:第1类DP一主站(DPMI)是一些中心站,按规定的通讯周期与从站交换信息。第2类DP一主站(DPM2)这类站点主要是一些编程,计划及监控站点,主要用于配置、启动及运行监控系统。从站仅能在主站要求时确认所接收或发送的信息,从站也能够被设计作为被动结点。如图4.4所示PROFIBUS—DP实物图，如图4.5所示实验实物连接图。图4.4PROFIBUS—DP实物图图4.5实验实物连接图4.3组态王监控系统4.3.1组态王简介组态王软件是新型的工业自动控制系统，它最大的亮点在于可视化的操作界面；自动建立I/O点；分布式存储报警和历史数据；设备能力强，可连接几乎所有设备和系统。组态王软件结构由工程管理器（ProjectManage）、工程浏览器（TouchExplorer）及运行系统（TouchVew）三部分构成。工程管理器：用于创建工程、备份和恢复工程以及数据词典的管理工程浏览器：是工程开发设计的工具，在工程浏览器中可以绘制工程界面、制作动画、编写命令语言以及设备驱动程序、配方、报警、网络等工程元素的制作与管理。运行系统：工程的运行界面。工程浏览器中设计开发的画面工程在运行环境中运行，实现人与控制设备的交互操作。组态王软件作为一个开放型的通用工业监控软件，支持国内外常见的PLC、智能模块、智能仪表、变频器、板卡等上千种工业自动化设备。它可以通过常规通信接口实现组态王与其它工业设备之间的数据通信。组态王主要功能特性：（1）丰富的可扩充的图库系统，支持多媒体，能制作趋势曲线及集成报表；（2）拥有强大的图形动画功能与全面的脚本；（3）拥有变量导入导出功能，方便对变量名称等属性进行修改，实现对变量的再次利用，节省开发时间；（4）拥有事件管理功能和先进的报警功能；（5）高效的数据采集及处理功能，强大的硬件测试功能和检测手段并支持GPRS与外部设备通讯；（6）强大的网络功能，支持画面以及数据的发布；（7）全面的配方管理功能，用户可以在开发系统中自定义配方；（8）强大的通讯能力，PLC、智能仪表、板卡、模块、变频器等上千种工业自动化设备。组态软件具有数据采集和监控两大功能，能大大缩短开发时间，保证系统质量，快速便捷地进行数据采集和图形维护。4.3.2基于组态王软件仿真的意义在组态的概念出现之前，都是通过编写复杂的程序来实现某一任务，编写程序周期长、工作量大，容易出现错误。组态软件的出现解决了这些问题。“组态”简单而言就是用户通过“搭积木”的方式来设计自己所需要的工程，而不需要编写类似于VB复杂的计算机程序。利用组态王的可视化仿真技术，可以实现满足用户要求的仿真界面。在计算机上实现工程的模拟和仿真，只需用组态软件做工程界面、动画连接及变量配置，便可生成所需的监控系统，从而降低了系统开发的费用和难度，系统人员可以集中更多精力于最优方案的选择和设计上，而非语言的编程上，达到利用最短的时间、最少的代价，设计出较好的效果。4.3.3上位机系统概述上位机是这样一种系统：它与在测控现场的下位机交换信息，进行声光报警和界面显示，同时用户可在上位机界面直接操作。所有的测控信息和用户操作，都可以在软件加工整理后，保存到本机或远程服务器，也可以与别的平台进行通讯。这就使操作变得直观、数字化、可再现性强、安全性高。通过采集、执行和显示模块的组合和通讯，使上位机达到以下设计目标：(1)数据采集和状态显示监控系统的首要功能就是数据采集，即首先通过下位机采集测控现场数据，然后上位机通过通信网络从众多的下位机中采集数据，进行汇总、记录和显示。通常情况下，下位机不具有数据记录功能，只有上位机才能完整地记录和保持各种类型的数据，为各种分析和应用打下基础。上位机系统通常具有非常友好的操作画面，可以以各种图形、图像、动画、声音等方式显示设备的状态和参数信息、报警信息等。(2)远程监控监控系统中，上位机获取了现场的各种测控数据，这是远程监视、控制的基础。由于上位机采集数据具有全面性和完整性，监控中心的控制管理也具有全局性，能更好地实现整个系统的合理、优化运行。特别是对许多常年无人值守的现场，远程监控是安全生产的重要保证。远程监控的实现不仅表现在管理设备的开、停及其工作方式，如手动还是自动，还可以通过修改下位机的控制参数来实现对下位机运行的管理和监控。(3)报警和报警处理上位机的报警功能对于尽早发现和排除测控现场的各种故障，保证系统正常运行起着重要作用。上位机上可以以多种形式显示发生的故障的名称、等级、置、时间和报警信息的处理或应答情况。上位机系统可以同时处理和显示多点同时报警，并且对报警的应答作记录。(4)事故追忆和趋势分析上位机系统的运行记录数据，如报警与报警处理记录、用户管理记录、设备操作记录、重要的参数记录与过程数据的记录对于分析和评价系统运行状况是必不可少的。对于预测和分析系统的故障，快速地找到事故的原因并找到恢复生产的最佳方法是十分重要的，这也是评价一个监控系统其功能强弱重要的指标之一。本文的上位机系统设计，由本地监控模块和远程监控模块共同组成。5.结果分析风力发电技术人才的培训过程大多分为理论讲解和现场实习两部分，现场实习主要通过实际操作经验的积累来完成。这种培训方式需要在实际运行的系统上进行操作，不仅培训成本高、培训时间长，而且有些故障只有在实际发