实验三-风力发电机组偏航控制

一 实验目的一 实验目的 1 了解恒速变桨距风力发电机组偏航系统的工作原理 2 熟悉并掌握恒速变桨距风力发电机组偏航的控制过程 二 实验内容二 实验内容 1 学习风力发电机组偏航系统的工作原理 2 掌握恒速变桨距风力发电机组偏航的控制过程 3 编写风力发电机组偏航的控制程序 实现风机正确偏航 三 实验步骤三 实验步骤 1 1 偏航及偏航系统的工作原理偏航及偏航系统的工作原理 偏航主要有两个功能 一是使风轮跟踪变化稳定的风向 通过控制风轮的迎 风面始终与风向垂直实现最大限度捕获风能 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 风力发电机组无论处于运 行状态还是待机状态 风速 4m s 均要求能主动对风 偏航系统是一随动系 统 当风向与风轮轴线偏离一个角度时 控制系统经过一段时间的确认后 会 控制偏航电动机将风轮调整到与风向一致的方位 偏航控制系统框图如下图 4 1 所示 图 3 1 偏航控制系统框图 第第 1 1 页页 共共 1212 页页 指导教师签字指导教师签字 就偏航控制本身而言 对响应速度和控制精度并没有要求 但在对风过程 中风力发电机组是作为一个整体转动的 具有很大的转动惯量 从稳定性考虑 需要设置足够的阻尼 在风轮前部或机舱一侧 装有风向仪 风标 当风力发电机组的航向 风 轮主轴的方向 与风标指向偏离时 控制器开始计时 偏航时间达到一定值时 即认为风向已改变 控制器发出向左或向右调向的指令 直到偏差消除 有多种方式可以监视电缆缠绕情况 除了在控制软件上编入调向计数程序外 还可在电缆处直接安装传感器 最简单的传感器是一个行程开关 将其触点与 电缆束连接 当电缆束随机舱转动到一定程度即拉动开关 2 2 掌握风力发电机组的偏航控制过程掌握风力发电机组的偏航控制过程 偏航控制主要分为手动偏航和自动偏航 手动偏航是指人为的对风机偏航 方向进行控制 通过更改左右偏航的设定值即可 请注意在给偏航信号置1后 要及时复位 否则容易造成左右偏航信号同时为1导致偏航控制紊乱 自动偏航 主要是通过计算风向角与偏航角的差值大小来区分如何快速解缆 快速对风 这就需要对整个风机的偏航控制要有一个较深的理解 风机的偏航流程图如图 3 2所示 运行时监测风速和风向 偏航角 1080 左偏航 1 右偏航 0 自动偏航还是手动偏航 Y 自动 偏航 手动 偏航 N 风速超过4m s N 超过允许值 1 N Y Y Y N 偏航角 360 YN 偏航角 1080 左偏航 0 右偏航 1 Y N 360 偏航角 360 Y 180 Y 360 N 0 Y 允许的角度差 2 N 左偏航 0 右偏航 0 N 左偏航 0 右偏航 1 Y 900 Y 1080 N 540 Y 720 NN 900 Y 1080 N 540 Y 720 N Y 左偏航 0 右偏航 0 左偏航 1并且右偏航 1 N 左偏航 左偏航手动信号 右偏航 右偏航手动信号 左偏航 0 右偏航 0 Y 左偏航 0 右偏航 0 图3 2 偏航流程图 3 3 偏航控制的程序设计偏航控制的程序设计 1 根据上面的流程图 编写偏航控制程序 本示例程序用SCL语言实现 了手动偏航与自动偏航 手动偏航时通过人为给出偏航信号 使风机按照预想的方向进行偏航 自 动偏航时通过测试风速和风向 通过判定风速的大小是否达到最小风速的要求 来决定是否偏航 通过计算风向角与偏航角的差值来决定偏航的方式 因为在 其他程序段中会用到此偏航程序里的某些值 因此 使用带背景数据块的FB功 能块实现偏航程序 输入端设置了自动使能 风速 风向角 偏航角 偏航容 许误差 手动左偏航 手动右偏航等接口 输出端设置了左偏航 右偏航 风 向角与偏航角的差值等接口 设定一个静态变量来暂存风向角与偏航角的差值 用于判定偏航的方式 各接口设定如图3 3所示 图3 3 偏航程序功能块的端口设置 2 编程代码 只考虑一圈之内的偏航 如图3 4 图3 4 编程代码 3 编译 调用后的功能块如图3 5所示 将风速转换成我们可以实现的范围内 设定风向的范围 偏航角范围设定 这里设为5圈 图3 5 偏航程序调用及变量连接 4 调用后 应在OB100中对以下三个位号赋初值 程序如图3 6所示 图3 6 偏航程序变量初始化 5 在WinCC画面中进行偏航系统的监控组态 如下图所示 a 图 3 7 b 四 思考题四 思考题 1 风力发电机组偏航系统的工作原理是什么 工作原理 通过风传感器将风向的变化传递到偏航电机控制回路的处理器 里 判断后决定偏航方向和偏航角度 最终达到对风目的 为减少偏航时的陀 螺力矩 电机转速将通过同轴联接的减速器减速后 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 风传感器失去电信号 电机停 止工作 偏航过程结束 2 风力发电机组的偏航过程是怎样的 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 人工偏航控制过程如下 首先检测人工偏航起停信号 若此时有人工偏航 信号 再检测此时系统是否正在进行偏航操作 若此时系统无偏航操作 封锁 自动偏航操作 若系统此时正在进行偏航 清除自动偏航控制标志 然后读取 人工偏航方向信号 判断与上次人工偏航方向是否一致 若一致 松偏航闸 控制偏航电机运转 执行人工偏航 若不一致 停止偏航电机工作 保持偏航 闸为松闸状态 向相反方向进行运转并记录转向 直到检测到相应的人工偏航 停止信号出现 停止偏航电机工作 抱闸 清除人工偏航标志 3 为什么要在OB100中给M1 3 M0 6 M0 7赋初值 如图3 5所示 如果不 初始化 会出现什么样的后果 若不在OB100中进行初始化 还能在什么 地方对所