毕业设计—风力发电机组检测系统设计.doc

毕 业 设 计 论 文 摘 要随着经济的快速发展，能源的消费逐年增加，常规能源资源面临日益枯竭的窘境，迫切需要一些清洁、无污染、可再生的新能源。在目前众多可再生能源与新能源技术开发中，风力发电有着自身独特的优势，在可再生的绿色能源开发开发领域中占有突出的地位，具有重要的开发利用价值。据估计到达地球的太阳能中虽然只有大约2转化为风能，但其总量仍是十分可观的。风能作为新能源的一个重要主城部分，是新能源中技术最成熟、最具开发条件和广阔商业化前景的一种发电方式。风力发电机组监测系统已成为风力发电系统能否发挥作用，甚至成为风电场长期安全可靠运行的重大问题。在实际中，一套可靠的监测系统能够为风力发电系统提供最高的效率。本文介绍了风力发电机组的监测系统，整个风力发电机组的几个重要参数指标，风力发电机组的总体设计、风的测量系统、电压电流测试系统、转速测量系统、温度监测系统，安全监测系统。关键字：风力发电机组，监测系统（风力机），电压电流 转速 温度系统Wind turbine testing systemWith the rapid economic development, energy consumption is increasing year by year, facing the conventional energy resources are depleted dilemma, the urgent need to clean, non-polluting, renewable and new energy. In many renewable energy and new energy technology development, wind power has its own unique advantages, occupies a prominent position in the development of green energy development, renewable development and utilization of value. According to the estimated solar energy reaching the Earth is only about 2% conversion of wind energy, but its total is still very considerable. Wind power as an important new energy the main city section, a new energy technology is the most mature, most development conditions and broad prospects of commercialization of power generation. The wind turbine testing system has become a wind power system can play a role, and even become the major problem of the wind farm long-term safe and reliable operation. In practice, a reliable detection system for wind power generation system to provide maximum efficiency.This article describes the detection system of the wind turbine, the overall design of several important parameters of the entire wind turbine, wind turbine, wind measuring system, voltage and current test system, the speed measurement system, temperature detection systems, security monitoring systems.Keywords: wind turbine, the detection system (wind turbine), the voltage and current speed, temperature system 目录中文摘要.Wind turbine testing system.一 绪论.1.1研究背景1.2国内外风电发展概况1.2.1 国外风电发展概况1.2.2 我国风电发展概况 .二 风力发电原理及PLC的应用.2.1 风力发电原理 2.2 风力发电机组结构三 风力发电机组PLC系统. 3.1 风力发电机组PLC系统介绍 3.2 概述. 3.3 PLC的工作特点.四 监控系统设计. 4.1 系统流程图. 4.2 风机参数监测 4.3 电压电流测量 4.3.1电压测量. 4.3.2 电流测量 4.4 温度测量. 4.5、风速风向的测量. 4.6、发电机、叶片转速测量及测量回路总结.致谢.参考文献. 一 绪论1.1研究背景能源问题在我国经济社会的可持续发展中具有特别重要的战略地位。随着我国经济的快速发展，能源供需矛盾日益尖锐。与此同时，由于化石能源的燃烧直接向大气中排放温室气体和气溶胶等，引起了显著的全球气候变暖和日益严重的环境污染问题，对自然生态系统、人类经济社会和人体健康均构成了严重威胁，已引起国际社会和公众的高度关注。为更好地促进全球经济的可持续发展、应对气候变化、改善人居环境，温室气体减排已成为各国政府、科技界和公众广泛关注的焦点。风力发电是目前技术最为成熟、最具有大规模开发和商业化发展前景的清洁可再生能源利用方式。近年来，我国政府把发展以风电为代表的可再生能源作为实现节能减排目标和落实应对气候变化国家方案、减轻环境压力、局部调整能源结构、增加能源供应的重要举措。1.2 国内外风电发展概况近年来，风电发展不断超越其预期的发展速度，而且一直保持着世界增长最快的能源的地位。目前风电技术的前沿包括：单机容量增大、叶片的变化、塔架高度上升、直接驱动和混合驱动技术、控制与监控技术不断完善、海上风力发电等。19982004 年的7 年中，全球风电装机容量年平均增长率达到30.46%。就2004 年而言，全球有超过8321MW 的新增装机容量并入电网系统。截至到2004 年12 月，全球风电装机容量达到47616.4MW，风力发电量已经占到世界总电量的0.5%3。欧洲风能协会和绿色和平组织在近期的一份报告中4，用详实的数据和精辟的分析描述了未来世界风力发电的情景，向世人展示了风力发电已成为解决全球能源问题不可或缺的重要力量。报告指出，到2020 年风力发电将占世界电力总量的12%，届时世界风电的装机容量将达到1231000MW，发电量约为30000 亿kWh。1.2.1 国外风电发展概况近年来，风电发展不断超越其预期的发展速度，而且一直保持着世界增长最快的能源的地位。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根据全球风能委员会报告，2005 年全世界新增风电装机容量11769 兆瓦，比上年增加3562 兆瓦，增长43%；新增风电总投资达120 亿欧元或140 亿美元。截至2005 年底，世界风电装机总容量为59322 兆瓦，同比上年增长25%。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。2005 年，世界风电装机容量前6 位的国家，依次为德国18428 兆瓦、西班牙10027兆瓦、美国9149 兆瓦、印度4430 兆瓦、丹麦3122 兆瓦和意大利1717 兆瓦。其他一些国家包括英国、荷兰、中国、日本和葡萄牙等的风电装机容量都达到了1000 兆瓦。2005 年就新增装机容量而言，世界前6 位分别为美国2431 兆瓦，高居首位；其次是德国1808 兆瓦；其他依次为西班牙1744 兆瓦、印度1430 兆瓦、葡萄牙500 兆瓦和中国498 兆瓦。截至2005 年底，欧洲仍是风力发电市场的领导者，其装机容量为40500 兆瓦，占全世界风电总装机的69%，比上年增长18%，约提供了欧盟近3%的电力消费量，提前实现了到2010 年风电装机容量达到40000 兆瓦的目标。预期到2010 年，仅风能即可实现欧盟所承担京都议定书二氧化碳减排义务的三分之一。全世界风力发电每年以30%左右的速度增长，据预测，到2020 年风力发电将占世界电量的20%。（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kW 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5对安装在丹麦的风电机组所进行的评估，从19812002 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%。1.2.2 我国风电发展概况在中国，风能资源丰富的地区主要集中在北部、西北和东北的草原、戈壁滩以及东部、东南部的沿海地带和岛屿上。这些地区缺少煤炭及其他常规能源，并且冬春季节风速高，雨水少；夏季风速小，降雨多，风能和水能具有非常好的季节补偿。另外在中国内陆地区，由于特殊的地理条件，有些地区具有丰富的风能资源，适合发展风电，比如江西省都阳湖地区以及湖北省通山地区。目前我国的风能利用方面与国际水平还有一定差距，但是发展很快，无论在发展规模上还是发展水平上，都有很大提高。国内的风电机组厂商凭借价格优势也逐渐打开了局面，2003 年国产并网风电机组占到当年新增装机容量的42%，累计市场份额达到20%。2004 年市场份额继续提高。我国已有风电机组整机制造商十余家，零部件制造商几十家，其中主要零部件均已实现了国产化。国外的机组厂商出于暢占市场的考虑，在中国市场上的价格比在日本及欧洲的销售价低10%20%。但综合考虑运输、关税及增值税等因素，国产组价格仝然比进口机组低20%25%。由于中国在制造业方面有很强的比较优势，随著本地化生产的风机数量逐渐增多，成本还会逐渐下降。原啈为人诟病的国产机组性能差的问题，近年来也大有改观。沿海发达地区和西北地区都是我国风能资源分布的丰富区。如果能够充分开发地区的风能优势则风力发电正好可以弥补东南沿海经济发达地区电力短缺的难题，在西北经济落后地区既可以提高当地人民生活水平，有可以增加就业并向经济发达地区卖电，提高地方经济发展速度.从测风数据收集、风能资源评估到项目未来20 年运行期上网电量的预测，即使采用了当前最先进的科技，收集到完整准确的测风数据，利用最新版本的专用软件计算，仍然存在很大的不确定性。监测现状二 风力发电原理及机组结构2.1 风力发电原理 风力发电的原理：是利用风力带动风车叶片旋转，再透过增速机将旋转的速度提升，来促使发电机发电。依据目前的风车技术，大约是每秒三公尺的微风速度（微风的程度），便可以开始发电。小型风力发电系统效率很高，但它不是只由一个发电机头组成的，而是一个有一定科技含量的小系统：风力发电机+充电器+数字逆变器。风力发电机由机头、转体、尾翼、叶片组成。每一部分都很重要，各部分功能为：叶片用来接受风力并通过机头转为电能；尾翼使叶片始终对着来风的方向从而获得最大的风能；转体能使机头灵活地转动以实现尾翼调整方向的功能；机头的转子是永磁体，定子绕组切割磁力线产生电能。风力发电机因风量不稳定，故其输出的是1325V变化的交流电，须经充电器整流，再对蓄电瓶充电，使风力发电机产生的电能变成化学能。然后用有保护电路的逆变电源，把电瓶里的化学能转变成交流220V市电，才能保证稳定使用。机械连接与功率传递水平轴风机桨叶通过齿轮箱及其高速轴与万能弹性联轴节相连,将转矩传递到发电机的传动轴,此联轴节应按具有很好的吸收阻尼和震动的特性，表现为吸收适量的径向、轴向和一定角度的偏移，并且联轴器可阻止机械装置的过载。另一种为直驱型风机桨叶不通过齿轮箱直接与电机相连风机电机类型2.2、风力发电机组结构图2-1 风力发电机组结构（1）叶片 （2）轮毂 （3）变浆系统（4）齿轮箱 （5）减噪装置 （6）偏航系统（7）制动联轴装置 （8）吊车 （9）发电机（10）变频柜 （11）风速仪 （12）塔筒 （13）水冷装置风力发电机组的结构如图2-1所示：机舱：机舱包容着风力发电机的关键设备，包括齿轮箱、发电机。维护人员可以通过风力发电机塔进入机舱。机舱左端是风力发电机转子，即转子叶片及轴。转子叶片：捉获风，并将风力传送到转子轴心。现代600千瓦风力发电机上，每个转子叶片的测量长度大约为20米，而且被设计得很象飞机的机翼。轴心：转子轴心附着在风力发电机的低速轴上。低速轴：风力发电机的低速轴将转子轴心与齿轮箱连接在一起。在现代600千瓦风力发电机上，转子转速相当慢，大约为19至30转每分钟。轴中有用于液压系统的导管，来激发空气动力闸的运行。齿轮箱：齿轮箱左边是低速轴，它可以将高速轴的转速提高至低速轴的50倍。高速轴及其机械闸：高速轴以1500转每分钟运转，并驱动发电机。它装备有紧急机械闸，用于空气动力闸失效时，或风力发电机被维修时。发电机：通常被称为感应电机或异步发电机。在现代风力发电机上，最大电力输出通常为500至1500千瓦。偏航装置：借助电动机转动机舱，以使转子正对着风。偏航装置由电子控制器操作，电子控制器可以通过风向标来感觉风向。图中显示了风力发电机偏航。通常，在风改变其方向时，风力发电机一次只会偏转几度。电子控制器：包含一台不断监控风力发电机状态的计算机，并控制偏航装置。为防止任何故障（即齿轮箱或发电机的过热），该控制器可以自动停止风力发电机的转动，并通过电话调制解调器来呼叫风力发电机操作员。液压系统：用于重置风力发电机的空气动力闸。冷却元件：包含一个风扇，用于冷却发电机。此外，它包含一个油冷却元件，用于冷却齿轮箱内的油。一些风力发电机具有水冷发电机。塔：风力发电机塔载有机舱及转子。通常高的塔具有优势，因为离地面越高，风速越大。现代600千瓦风汽轮机的塔高为40至60米。它可以为管状的塔，也可以是格子状的塔。管状的塔对于维修人员更为安全，因为他们可以通过内部的梯子到达塔顶。格状的塔的优点在于它比较便宜。风速计及风向标：用于测量风速及风向 三 风力发电机组plc系统3.1 风力发电机组plc系统介绍风力发电机组配备的电控系统以可编程控制器为核心，控制电路是由PLC中央控制器及其功能扩展模块组成。主要实现风力发电机正常运行控制、机组的安全保护、故障监测及处理、运行参数的设定、数据记录显示以及人工操作，配备有多种通讯接口，能够实现就地通讯和远程通讯。控制器的配置控制系统硬件分别安装在三个不同部分： 机舱控制，安装在机舱内 地面控制，安装在塔架底部 轮毂控制，安装在轮毂内部 图3-1 风力发电结构图 控制柜主要包括可编程控制器（PLC）及其扩展模块、控制接触器、中间继电器、电源保护等部分，整体采用功能模块结构，结构紧凑，主要完成数据采集及输入、输出信号处理，逻辑功能判定；向配电柜控制的执行机构发出控制指令；与机舱内的机舱控制柜、中央监控系统实时传递信息；根据信号的采集、处理和逻辑判断保障整套机组的可靠运行。控制柜能够满足无人职守、独立运行、监测及控制的要求，运行数据与统计数值可通过就地或中央监控机记录和查询，控制柜是风力发电机组电气控制系统的核心。下面如图3-2所示是PLC的图片。包含组成自动控制器的模块的本结构如下：图3-2 plc 图片 其中顶部可编程控制器（PLC）BH200124V电源BH2102光纤处理器BH2502光纤通信模块BH2501铜导线铜导线通信模块BH2311数字量输入模块BH2331数字量输出模块BH2351模拟输入模块BH2412计数器卡3.2概述1、 plc的结构和工作原理可编程控制器是一种数字操作的电子系统，专为工业环境而设计。它采用了可编程序的存储器，用来在其内部存储逻辑运算、顺序控制、定时、计数和算数运算等操作的指令，并通过数字式和模拟式的输入和输出，控制各种类型机械的生产过程；而有关的外围设备，都应按易于与工业系统连成一个整体，易于扩充其功能的原则设计。早期的PLC是用来替代继电器、接触器控制的。它主要 用于顺序控制，只能实现逻辑运算。因此，被称为可编程逻辑控制器（Programmable logic controller，略写 PLC )随着电子技术、计算机技术的迅速发展，可编程控制器的功能已远远超出了顺序控制的范围。被称为可编程控制器（Programmable controller，略写PC)。为区别于Personal Computer (PC)，故沿用PLC 这个略写。plc的结构示意图如图3-3所示图3-3 plc结构示意图2、各组成部分的作用（1）、cpu1) 将各种输入信号取入存储器2） 编译、执行指令3） 把结果送到输出端4） 响应各种外部设备的请求（2）、存储器 RAM：存储各种暂存数据、中间结果、用户正调试的程序。ROM：存放监控程序和用户已调整好的程序。（3） 输入、输出接口采用光电隔离，实现了PLC的内部电路与外部电路的电气隔离，减小了电磁干扰。输入接口作用：将按钮、行程开关或传感器等产生的信号，转换成数字信号送入主机。其输入接口电路如图3-4所示输出接口作用：将主机向外输出的信号转换成可以驱动外部执行电路的信号，以便控制接触器线圈等电器通断电；另外输出电路也使计算机与外部强电隔离。其输出接口电路如图3-5所示输出三种形式：继电器 - 低速大功率 可控硅 - 高速大功率 晶体管 - 高速小功率1） 输入接口电路：采用光电耦合器，防止强电干扰。图 3-4 输入接口电路2）输出接口电路：均采用模块化图 3-5 输出接口电路（4）、 各种接口、高功能模 块：便于扩展 小型机：一体机。有接口可扩展。如图 3-6所示 中、大型机：模块式。可根据需要在主板上随意组合。如图3-7所示图 3-6 小型机图 3-7 中、大型机3.3 plc的工作特点1、PLC的工作过程（1） plc是如何工作的PLC是在系统程序的管理下，依据用户程序的安排，结合输入信号的变化，确定输出口的变化，以推动输出口上所连接的现场设备工作。工作方式微机：等待命令。PLC：循环扫描。CPU从第一条指令开始执行，遇到结束符又返回第一条，不断循环。这种工作方式的好处就是对慢速响应系统，增强了抗干扰能力。如图 3-8所示为一个扫描周期图3-8 一个扫描周期（2）、编程语言PLC 的编程语言有指令表（助记符）语言梯形图语言流程图语言布尔代数语言助记符语言：类似于微机中的汇编语言。梯形图语言：沿袭了传统的控制图。直观明了，易于掌握。其中前两种是比较常用的语言（3）、主要技术性能1） 输入/输出点数 ( I/O点数 )。2） 扫描速度。 单位： ms /1000步 或 ms /步3） 内存容量。4） 指令条数。5） 内部寄存器数目。6） 高功能模块。 （4）优点1） 抗干扰、可靠性高。2） 模块化组合式结构，使用灵活方便。3） 编程简单，便于普及。4） 可进行在线修改。5） 网络通讯功能，便于实现分散式测控系统。6） 与传统的控制方式比较，线路简单。（5）应用1） 用于开关逻辑控制。2） 用于机加工数字控制。3） 用于闭环过程控制。4） 用于组成多级控制系统。2 PLC系统的抗干扰措施PLC是为工业环境应用而设计，其显著的特点之一就是高可靠性。在过于恶劣的条件下，如强电磁干扰、超高温、过欠电压等情况，如安装使用不当，都可能导致PLC内部存储信息的破坏，引起系统的紊乱，严重时还会系统内部的元器件损坏。电源、输入、输出接线是外部干扰入侵PLC的重要途径，为了提高PLC控制系统地的可靠性，应采取相应的抗干扰措施。（1） PLC系统的抗干扰措施1） 抑制电源系统引入的干扰2） 抑制输入、输出电路引入的干扰3） PLC的接地3 PLC的维护（1） 维护保养的主要内容1）建立系统的设备档案 2）采用标准的记录格式对系统运行情况和设备状况进行纪录，对故障现象和维修情况经新纪录，这些纪录应便于归档3）系统的定期保养 （2） 具体器件的监查、保养要点 可编程控制器系统有可编程控制器、一次监出元件、变送器、输入输出中间继电器、执行机构和连接导线等组成。组成系统的任意部件的故障都会使系统不能正常运行1） 一次监出元件的监查2） 连接电缆和连接点的监查3） 输入输出中间继电器监查4） 可编程控制器监查5） 执行机构的监查6） 清洁卫生工作四 监控系统设计引言4.1、监测系统流程图PLC风向风速传感器温度传感器转速传感器电压传送器电流传送器风向风速显示风向风速显示风向风速显示风向风速显示风向风速显示图 4-1 风力发电机组监测系统流程图如图 4-1所示是风力发电监测系统，图 4-2是风力发电机组的监控系统。风力发电机组的监测系统是由各种传感器、控制器，以及显示器等组成。各种传感器包括风速传感器、风向传感器、转速传感器、各种电量传送器、温度传感器。以及操作开关和按钮等。这些传感器信号将传送至控制器进行运算处理。主控器一般以PLC为核心，包括其硬件和软件系统。上述传感器信号表征了风力发电机组目前的运行状态。当机组的运行状态与设定状态不一致，经过PLC的适当运算和处理后由控制器发出控制指令，将系统调整到设定运行状态，从而完成控制监测功能，使风能利用率到达最大化。图 4-2 风力发电机组监控系统图4.2、传感器传感器的功能是把风力发电机组运行中的相关物理量进行测量，并根据测量结果发出相应信号，将信号传递到控制系统，作为控制系统发出控制指令的的依据。图 4-3、4-4是1.5MW风力发电机传感器安装位置, 图 4-5机柜内控制器PLC(可编程序控制系统)接收外部各传感器监测信号。1、被监测的物理量1）速度信号：发电机转速、风轮转速等2）温度信号：发电机轴承温度、发电机绕组温度等3）电气特性：电网电压、电流功率因数等4）环境条件：风速、风向等2、主要传感器1）风速计2）风向标3）编码器4) 温度传感器5）电压互感器6）电流互感器图 4-3 1.5MW风力发电机传感器安装位置图 4-4 1.5MW风力发电机传感器安装位置图 4-5机柜内控制器PLC(可编程序控制系统)接收外部各传感器监测信号4.3电压电流测量4.3.1 电压测量在测量交变电流的大电压时，为能够安全测量，在火线和地线之间并联一个变压器（接在变压器的输入端），这个变压器的输出端接入电压表，由于输入线圈的匝数大于输出线圈的匝数，因此输出电压小于输入电压，电压互感器就是降压变压器。4.3.2 电流测量在测量交变电流的大电流时，为能够安全测量，在火线（或地线）上串联一个变压器（接在变压器的输入端），这个变压器的输出端接接入电压表，由于输入线圈的匝数小于输出线圈的匝数，因此输出电流小于输入电流（这时输出电压大于输入电压，但是由于变压器是串联在电路中，所以输入电压很小，输出电压也不大），电流互感器就是升压降流变压器。4.4、温度测量温度传感器风力发电机所使用的温度传感器，全部是热电阻，材料是铂（PT100）如主轴承温度、齿轮蒩油温、发电机定子温度等1、 热电阻的测温原理热电阻是基于电阻的热效应进行温度测量的，即电阻体的阻值随温度的变化而变化的特性。因此，只要测量出感温热电阻的阻值变化，就可以测量出温度。目前主要有金属热电阻和半导体热敏电阻两类。金属热电阻的电阻值和温度一般可以用以下的近似关系式表示，即Rt=Rt01+（t-t0）式中，Rt为温度t时的阻值；Rt0为温度t0（通常t0=0）时对应电阻值；为温度系数。半导体热敏电阻的阻值和温度关系为Rt=AeB/t式中Rt为温度为t时的阻值；A、B取决于半导体材料的结构的常数。相比较而言，热敏电阻的温度系数更大，常温下的电阻值更高（通常在数千欧以上），但互换性较差，非线性严重，测温范围只有-50300左右，大量用于家电和汽车用温度监测和控制。金属热电阻一般适用于-200500范围内的温度测量，其特点是测量准确、稳定性好、性能可靠，在程控制中的应用极其广泛。2、 工业上常用金属热电阻从电阻随温度的变化来看，大部分金属导体都有这个性质，但并不是都能用作测温热电阻，作为热电阻的金属材料一般要求：尽可能大而且稳定的温度系数、电阻率要大（在同样灵敏度下减小传感器的尺寸）、在使用的温度范围内具有稳定的化学物理性能、材料的复制性好、电阻值随温度变化要有间值函数关系（最好呈线性关系）。目前应用最广泛的热电阻材料是铂和铜：铂电阻精度高，适用于中性和氧化性介质，稳定性好，具有一定的非线性，温度越高电阻变化率越小；铜电阻在测温范围内电阻值和温度呈线性关系，温度线数大，适用于无腐蚀介质，超过150易被氧化。中国最常用的有R0=10、R0=100和R0=1000等几种，它们的分度号分别为Pt10、Pt100、Pt1000；铜电阻有R0=50和R0=100两种，它们的分度号为Cu50和Cu100。其中Pt100和Cu50的应用最为广泛。3、热电阻的信号连接方式热电阻是把温度变化转换为电阻值变化的一次元件，通常需要把电阻信号通过引线传递到计算机控制装置或者其它一次仪表上。工业用热电阻安装在生产现场，与控制室之间存在一定的距离，因此热电阻的引线对测量结果会有较大的影响。目前热电阻的引线主要有三种方式1二线制：在热电阻的两端各连接一根导线来引出电阻信号的方式叫二线制：这种引线方法很简单，但由于连接导线必然存在引线电阻r，r大小与导线的材质和长度的因素有关，因此这种引线方式只适用于测量精度较低的场合2三线制：在热电阻的根部的一端连接一根引线，另一端连接两根引线的方式称为三线制，这种方式通常与电桥配套使用，可以较好的消除引线电阻的影响，是工业过程控制中的最常用的引线电阻。3四线制：在热电阻的根部两端各连接两根导线的方式称为四线制，其中两根引线为热电阻提供恒定电流I，把R转换成电压信号U，再通过另两根引线把U引至二次仪表。可见这种引线方式可完全消除引线的电阻影响，主要用于高精度的温度监测。4、 热电阻的结构形式 和热电偶温度传感器相类似，工业上常用的热电阻主要有普通装配式热电阻和铠装热电阻两种型式。普通通装配式热电阻是由感温体、有锈钢外保护管、接线盒以及各种用途的固定装置级成，安装固定装置有固定外螺纹、活动法兰盘、固定法兰和带固定螺栓锥形保护管等形式。铠装热电阻外保护套管采用不锈钢，内充高密度氧化物绝缘体，具有很强的抗污染性能和优良的机械强度。与前者相比，铠装热电阻具有直径小、易弯曲、抗震性好、热响应时间快、使用寿命长的优点。对于一些特殊的测温场合，还可以选用一些专业型热电阻，如，测量固体表面温度可以选用端面热电阻，在易燃易爆场合可以选用防爆型热电阻，测量震动设备上的温度可以选用带有防震结构的热电阻等。工业应用中，热电偶一般适用于测量500以上的较高温度。对于500以下的中、低温度，热电偶的输出的热电势很小，这对二次仪表的放大器、抗干扰措施等的要求就很高，否则难以实现精确测量；而且，在较低温区域，冷端温度的变化所引起的相对误差也非常突出。所以测量中、低温度一般使用热电阻温度测量仪表较为合适。5监测电机温度的软件编程为了把PT100随温度变化的电阻转换成电压，模拟量输出作为作为恒电流源而使用，即输出12.5mA恒电流供给PT100传感器，在这个电路中，产生了5mA/的线性输入电压，模拟量模块把这个电压转换成数字量，程序周期性的读这些数字量，并将所读的这些数显示出来。公式为： 温度数字量=存贮在AIWx(x=0,2,4)中的值 0的偏置量=在0测出的数字量，该值为4000 1的数字量=温度每升高1时的数字量，设为16 程序如下:45、测量风速、风向传感器 1、风速的测量 风杯式风速仪 螺旋式风速仪 热线式风速仪 超声波风速仪 图 4-6 风速仪 最常用的是三杯风速仪包括一个杯组（三个杯），中心连接到一个垂直轴旋转。至少一 个杯总是面向来风。杯的旋转在一个特定范围内接近线性正比于风速。测量与风向无关 Icefree III风速仪：旋转一四极磁铁，在一低阻抗线圈中产生一与风速成比例的交流正弦输出；对应关系：m/s=(Hz0.572)+1 图 4-7 风速计 2、 风向的测量风向标超声波风向标 图4-8 风向标 风向仪原理如图4-9所示：半环随着风向标的转动而摆动;根据两个成90布置的光电管通断的不同百分比，可以判断机舱与实际风向的偏差。实际给出的偏差值而不是风的方向，同时由于风的不稳定性，有一较长的延时； 图 4-9 风向仪原理3 先进的风速风向传感器技术原理阐述旋转运动记录 = 微处理器 =输出传感器输出信号P图 4-10 风速计数字记录明显的优点：（1）所有测量范围和所有输出信号类型都可以通过软件实现（2）简单的改变软件就可适应不同的机械部分图4-11 风速风向仪优点：（1）真实的偏差指示,没有“线性错误“（2）产品质量在整个测量范围内经过风道测量（3）全金属设计(铝)（4）在抗冲击和振动上标准高(宽带噪声)（5）真正的按需加热,在外界温度热时关闭(节省能量)（6）模块化设计-针对接口和机械部分有不同的产品(摆式设计)（7）100%无需维护（8）高负载时低制动转子力矩（9）无磨损数据获取（10）安装无需工具（11）宽温度范围(-40.70C)（12）过压保护（13）抗紫外线 4 监测风速程序4.6、发电机、叶片转速测量及测量回路风力发电机组需要测量风轮主轴（低速轴）和发电机轴（高速轴）的转速。转速信号主要用于机组的并网、脱网及变速控制等。当风速超过一定的限度（切出风速），或者转速传感器监测到发电机或风轮转速超过额定转速的110%时，主控制器将发出停机指令，风力发电机组将执行脱网停机操作。1、计数脉冲测量该测量方式由两个Gpulse(脉冲电压测速)模块和一个Gspeed(发电机速度测量)模块构成，先由Gpulse模块测量出发电机电压信号频率f，输出一个脉冲列进入Gspeed模块， Gspeed模块处理后将脉冲转化为对应转速的模拟量输送到风机主控系统，并由主控制系统软件计算电机转速。 （1）、连接分布图该测量方式由两个Gpulse(脉冲电压测速)模块和一个Gspeed(发电机速度测量)模块构成，先由Gpulse模块测量出发电机电压信号频率f，输出一个脉冲列进入Gspeed模块， Gspeed模块处理后将脉冲转化为对应转速的模拟量输送到风机主控系统，并由主控制系统软件计算电机转速。如图4-12所示连接分布图图 4-122 机械传感测量机械传感测量是使用两个独立的接近开关对同一个安装在风机主轴上的齿盘的转动数来进行转速测量,之后输出24V的脉冲信号到Overspeed(超速监测)模块,Overspeed模块将输出2路发电机当前对应转速的电压模拟量，送至主控制系统，由主控制系统计算机乘以一个系数后转换为发电机转速，并对比Gspeed模块输出的电机转速。当对比差值达到设定值即报“转速对比错误”，从而达到电机转速相互监查保证发电机可靠、安全运行的目的。（1）连接分布图图 4-13同时由Overspeed模块判断电机转速是否超过设定保护值。若电机转速超过设定保护值，模块将输出干结点信号。该干结点信号在主控制系统中嵌入在系统安全链内，从而导致系统安全链动作，从而达到电机过速保护的目的。如图4-13所示1 电机转速的软件编程在电机旋转轴上安装一个齿盘在齿盘边上放两个接近开关，当齿盘正转时产生一个I0.0超前I0.1,当I0.0=1时，I0.1由0变为1产生一个正跳转;在反转时I0.1超前I0.0，在I0.0=1，I0.1由1变为0，产生一个负跳转。对正跳转（或负跳转）在一定的采样周期计数，就可以计算出旋转速度。设采样周期为T秒，在采样周期内正跳转（或负跳转）的计数值为M，齿盘齿数为n,则旋转一圈产生的正跳转（或负跳转）N，公式为n=60M/TN转/分程序如下:4.7监测指标的组态1.指标监控2.实时曲线4.8 控制系统设计1 变桨控制变桨系统分布结构：变桨电控系统主电路采用交流-直流-交流回路，变桨电机采用交流异步电机，变桨速率通过变桨电机的转速调节，采用开环频率控制。相比采用直流电机调速的变桨控制系统，在保证调速性能的前提下，避免了直流电机存在碳刷容易磨损，维护工作量大、成本增加的缺点。 每个叶片的变桨控制柜，都配备一套由超级电容组成的备用电源，超级电容储备的能量，在保证变桨控制柜内部电路正常工作的前提下，足以使叶片以10/s的速率，从0顺桨到90三次。当来自滑环的电网电压掉电时，备用电源直接给变桨控制系统供电，仍可保证整套变桨电控系统正常工作。当超级电容电压低于软件设定值，主控在控制风机停机的同时，还会报电网电压掉电故障。相比密封铅酸蓄电池作为备用电源的变桨系统，采用超级电容的变桨系统具有下列优点： a、充电电流大，充电时间短； b、交流变直流的整流模块同时作为充电器，无须再单独配置充放电管理电路； c、超级电容的容量随使用年限的增加，减小的非常小。 d、寿命长； e、无须维护； f、体积小，重量轻等优点; g、充电时发热量低。変桨原理图如下： 2 偏航系统偏航系统要求简单而坚固，机舱的偏航是由电动偏航齿轮自动执行的，它是根据风向仪提供的风向信号，由控制系统控制，通过传动机构，实现风电机组叶轮与风向保持一致，最大效率地吸收风能。偏航时间的长短，是由计算机控制的，一旦风向仪出现故障，自动偏航操作将中止，仅可以从控制柜或机舱顶部控制盒上用人工方式操作