【毕业设计】风力发电机转矩系统控制

目前，各国对环境保护能源短缺等问题日益关注，均在努力发展风力发电，促进可持续发展，减少有害气体排放。

风力发电既有效地利用了自然资源，又保护了自然环境，还解决了偏远地区人们的用电需求。

风能的特点虽然风能是种取之不尽用之不竭清洁无污染的可再生能源，且蕴藏量巨大，但是，利用风能发电比用水力发电困难得多，这是由于风能具有以下特点风能的能量密度小。

为了得到相同的发电容量，风力发电机的风轮尺寸比相应的水轮机大几十倍。

适合进行风力发电的风能密度般为。

风能的稳定性差。

风能属于过程性能源，具有随机性间歇性不稳定性，风速和风向经常变动，它们对风力发电机的工况影响很大。

般风力发电机的起动风速约，停机风速约，即为有效风力区，在有效风力区内，为得到较稳定的输出电能，风力发电机必须加装调速调向和刹车等调节和控制装置，这对以下小型机组比较简单，对于以上的中大型机组，就增加了许多实际困难。

风能不能储存。

对于单机运行的风力发电机组，要保证不间断地供电，必须配备相应的储能装置。

以下小型机组，般配置蓄电池，或与其他形式的能源如太阳能光伏电站柴油发电机组等构成混合发电系统。

对于大型风力发电机组，虽然可以采用飞轮储能或压缩空气等储能措施，但目前几乎全部考虑与大电网并联运行，以避开储能问题。

风轮的效率较低。

风轮的理论最大效率为，实际效率会更低些，统计内蒙古科技大学毕业设计说明书毕业论文显示，水平轴风轮机通常在范围内，垂直轴。

显然，要提高风轮的出力，只有靠增大风轮的半径，或装在风速较大的地点。

对风电场而言，风力发电机组的年平均利用小时数不能低于小时，即单机容量为的风电机组年发电量不能低于才具有商业开发价值。

若能达到小时，则该风电场具有良好的商业开发价值，超过小时的风电场称为优秀风电场。

风电最大缺点是不稳定，大量建设风电会给电网调度带来困难，需要统的电网进行管理和调度。

风能利用上的困难，使得风力发电系统的技术和管理出现了些特殊问题。

实际上，风电系统所发出的电能，若不加以控制，并不具备太大的商业使用价值，若直接并入电网，是对电网的种污染绝大多数情况下，只对电网的谐波有贡献，直接影响局部电网运行的稳定性。

近年来由于控制技术电力电子技术及新材料技术的飞速发展和广泛应用，为风能的利用创造了有利条件，风力发电技术也得到了长足进步。

风力发电的发展中国风力发电的发展概况及前景中国人口众多，能源资源相对匮乏。

中国人口占世界总人口的，己探明的煤炭储量占世界储量的石油占天然气仅占，人均能源资源占有量不到世界平均水平的半，石油仅为十分之。

中国拥有的石油天然气剩余可采储量人均都在世界位之后，且勘探开发成本持续上升煤炭的剩余可采储量也不足百年之用。

但中国现在己是世界上第三大能源生产国和第二大能源消费国，中国能源消费排放的二氧化碳约占各种温室气体总排放量的。

中国温室气体排放量约占全世界总排放量的，仅次于美国之后居世界第二位。

中国按人均和全国面积平均，温室气体排放量很低，但中国随着能源消费量增加而引起的温室气体排放量的增加正引起全球的瞩目。

国际能源组织预计中国二氧化碳排放量有可能在年前后超过美国。

中国是世界环发大内蒙古科技大学毕业设计说明书毕业论文会联合国气候变化框架公约的签字国，有义务根据可持续发展战略，努力减缓温室气体排放的增长率，因此中国政府十分重视和强调发展洁净能源技术。

中国陆地可开发利用的风能在亿以上，近年来己建成处风力发电场，年并网风电机组装机，年发电量万，到年底，并网风电机组装机容量己达到，年发电量约亿，同时还有万台小型运行的风力发电机在广大牧区海岛有风无电的边远地区运行。

风力发电作为我国电力结构中的新型分布式供电系统，以其灵活实用的方式，为经济发展注入活力，取得了可观的经济效益和巨大的社会效益。

近几年来我国风电产业迅猛发展，如图所示。

到年底，中国风电装机将达到万，提前年完成原定年的目标，中国政府目前公布的风电发展目标是年将达到万。

图年全国风电总装机容量中国的风电资源不仅丰富，而且分布基本均匀。

东南沿海及其岛屿青藏高原西北华北新疆内蒙古和东北部分地区都属于风能储藏量比较丰富的地区，而甘肃山东苏北皖北等地区也有相当大比例的风能资源可以有效利用。

我国陆地上从新疆内蒙古科技大学毕业设计说明书毕业论文甘肃宁夏到内蒙古，是个大风力带同时还有许多大风口，如张家口地区，鄱阳湖湖口地区云南大理等。

这些为风能的集中开发利用提供了极大的便利。

我国风能资源开发利用较早，但早期主要是以分散小规模试验和示范形式，规模化风力发电场的建设始于上世纪年代，大体可分为三个阶段第阶段是年，是我国风电项目的探索和示范阶段，其特点是项目规模小单机容量小第二阶段是年，为示范项目取得成效并逐步推广阶段第三阶段是年后，为扩大建设规模阶段。

截至年底，我国除台湾省外建成风电场个，安装风电机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。

它采用了可变程序的存储器，用来在其内部存储执行逻辑运算顺序控制定时计数和算数操作等面向用户的指令，并通过数字式模拟式的输入输出，控制各种类型的机械或生产过程。

可编程控制器及其有关外围设备，都易于与工业系统内蒙古科技大学毕业设计说明书毕业论文连成个整体易于扩充其功能的原则设计。

可编程控制器的特点可靠性高，抗干扰能力强。

适应性强，应用灵活。

编程方便，易于使用。

控制系统设计安装调试方便。

维修方便维修工作量小。

功能完善。

可编程控制器的应用顺序控制这是最广泛的应用领域，它取代了传统的继电器顺序控制。

应用于单机控制多机群控制生产自动线控制。

运动控制制造商目前已提供了拖动步进电机或伺服电机的单轴或多轴位置控制模块。

在多数情况下，把描述目标位置的数据送给模块，模块移动轴或数轴到目标位置，当每个轴转动时，位置控制模块保持适当的速度和加速度，确保运动平滑。

运动的编程可用的编程语言完成，通过编程器输入。

操作员用手动方式把轴移动到个目标位置，模块就知道了位置和运动参数，之后可以编辑程序来改变速度和加速度等运动参数，使运动平滑。

过程控制数据处理通信与联网的基本组成内蒙古科技大学毕业设计说明书毕业论文实际上是种工业控制计算机，只不过它比般的计算机具有更强的与工业过程相连接的接口和更直接的适应于控制要求的编程语言，故与计算机的组成相似。

从硬件结构来看，它也有中央处理器存储器输入输出接口电源等，如图。

图的系统构成的简介系列是种可编程序逻辑控制器。

它能够控制各种设备以满足自动化控制需求。

的用户程序中包括了位逻辑计数器定时器复杂数学运算以及与其它智能模块通讯等指令内容，从而使它能够监视输入状态，改变输出状态以达到控制目的。

紧凑的结构灵活的配置和强大的指令集使成为各种控制应用的理想解决方案。

将个微处理器个集成电源和数字量点集成在个紧凑的封装中，从而形成了个功能强大的微型。

参见图。

在下载了程序之后，将保留所需的逻辑，用于监控应用程序中的输入输出设备。

内蒙古科技大学毕业设计说明书毕业论文图微型公司提供多种类型的以适应各种应用。

表中对各种的特性作简单比较。

表的技术指标特性外形尺寸程序存储器可在运行模式下编辑不可在运行模式下编辑字节字节字节字节字节字节字节字节字节字节数据存储区小时小时小时小时小时内蒙古科技大学毕业设计说明书毕业论文掉电保护时间小时小时小时小时小时本机数字量模拟量入出入出入出入出入出入出扩展模块数量个模块个模块个模块个模块个模块高数计数器单相两相路路路路路路路路路路路路脉冲输出路路路路路模拟电位器实时时钟配时时钟配时时钟内置内置内置通讯口浮点数运算有映像区入出布尔指令执行速度指令本设计采用的是的编程软件，个输入口，个输出口，可以带个扩展模块。

内蒙古科技大学毕业设计说明书毕业论文图模块及接线图扩展模块为了更好地满足应用要求，系列为您提供多种类型的扩展模块。

您可以利用这些扩展模块完善的功能。

表列出了现有的扩展模块。

表的扩展模块扩展模块类型数字量模块输入输入输入输入输出输出继电器继电器输出输出混合输入输出输入输出输入输出输入输出输入继电器输入继电器输入继电器输入继电器内蒙古科技大学毕业设计说明书毕业论文模拟模块输入模拟输入模拟输入热电偶输入输入输入输出输出模拟输出混合模拟输入模拟输出智能模块位置调制解调器以太网以太网其他模块本设计采用的模拟量扩展模块是，个模拟量输入，个模拟量输出。

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由于本文转矩检测方法采用的是间接测量法，转矩的检测与控制还很不精确，只是模糊的控制个区域。

而直接检测转矩方法，测量精度很高，转矩的控制也很精确实现了瞬时控制。

目前，国外大部分采用的都是直接检测，而国内还未曾应用。

希望今后能投入更多的科研致力于转矩直接检测控制技术的研究中。

因此，转矩控制技术还有很大的研究与发展空间。

内蒙古科技大学毕业设计说明书毕业论文第六章总结与展望本章总结了全文所做工作取得成果以及不足之处，展望了转矩矩测量与控制技术在风力发电机组运行与设计领域的应用前景。

本文设计了种风力发电机组轴系转矩控制系统，完成了以下工作设计了风力发电机组轴系转矩的检测与控制方案根据转矩检测要求完成了相关测量元器件的选型，使参数测量准确可靠快速，更好的满足工程测试的要求参与了现场转矩的数据采集和传感器安装工作完成了风力机转矩控制系统的电路图设计基于西门子可编程控制器，完成了转矩控制系统的软件编制。

通过以上所做的工作，完成了风力发电机组轴系转矩的控制，并针对风力发电机由于转矩突变而带来的危害进行了分析，采取了些初步的改进和控制措施。

改善了风力发电机组在转矩突变和超功率时风力发电机运行的状态，提高了风力发电机组的可靠性和安全性。

转矩控制技术的研究能够提高风力发电机组运行的安全和可靠性，对于我国风电事业的发展具有很大意义。

目前国内对转矩控制的研究十分欠缺，本文设计可以为其提供简单的参考。

但由于时间和专业知识所限，控制系统功能尚有不足之处，还有待于进步开发与研究。

风力发电机组转矩检测与控制的研究成果可应用在多个领域当中。

首先，风力机运行在恶劣的环境中，机组承受着随机变化的载荷，长期承受这种载荷容易使零部件产