风力发电机偏航系统控制
风力发电机及偏航系统
风力发电机及偏航系统引言：风力发电是一种利用风能将其转化为电能的发电方式。
它是一种环保、可再生的能源，可以帮助减少对传统化石燃料的依赖，并减少排放。
风力发电机是风力发电的核心设备，而偏航系统是确保风力发电机能够高效运行的关键部件。
本文将从风力发电机的原理、构造和工作原理以及偏航系统的功能、原理和优化等方面进行阐述，以帮助读者更好地理解风力发电机及偏航系统的工作原理与应用。
一、风力发电机1.原理2.构造3.工作原理当风力吹过风力发电机的叶片时，叶片产生升力，并形成一个扭转力矩。
这个扭转力矩通过轴传递给发电机，进而带动发电机转子旋转。
转子内部的磁场与绕组相互作用，产生感应电动势，从而产生电能。
二、偏航系统1.功能偏航系统是风力发电机中的重要部分，其主要功能是使风力发电机始终面向风向，以利用风能的最大化。
偏航系统可以通过调整发电机的方向来适应风的变化，确保叶片始终相对于风的方向。
2.原理偏航系统通常由风向传感器、控制器和驱动器等组成。
风向传感器负责感知风的方向，控制器根据风向数据和预设参数进行判断和计算，驱动器则通过调整发电机的方向来控制风力发电机的偏航。
3.优化为了提高风力发电系统的效益，偏航系统的优化也尤为重要。
通过采用更先进的风向传感器、控制算法和驱动器技术，可以提高偏航系统的准确性和响应速度，进而提高风力发电机的发电效率。
结论：风力发电机及偏航系统是风力发电的重要组成部分，其工作原理和优化对风力发电系统的效益起到至关重要的作用。
理解和掌握风力发电机及偏航系统的原理和应用，对于推广和应用风力发电具有重要的指导意义。
随着技术的不断进步，风力发电的效率和可靠性将继续提升，为可持续发展和环境保护做出积极贡献。
风力发电机及偏航系统PPT课件
对风装置每隔十分钟进行一次对风检测。控制系统根据风向标的指向 来检测此时的风向角，再根据风向标与机舱的夹角（锐角）来判断是 否进行偏航。如果系统检测到风向没有发生改变，那么系统不发出偏 航指令：如果系统检测到风向发生变化，那么系统此时进行风向角计 算，工作人员可以根据风向标的方向和系统显示面板来判断风向，计 算出来的风向角再与机舱的夹角进行比对，如果大于10°系统则发出 偏航信号，根据风向角来决定是否左偏或者右偏，偏航多少度。
我国风能资源比较丰富，近十几年来，对风能资源状况作了较深入的 勘测调查，全国可开发利用的风能资源总量约2.5亿kw。东南沿海和 山东、辽宁沿海及其岛屿，内蒙古北部，甘肃、新疆北部以及松花江 下游等地区均属风能资源丰富区，年平均风速≥6m/s ，有很好的开 发利用条件。这些地区中很多地方常规能源贫乏，无电或严重缺电， 尤其是新疆、内蒙古的大部分草原牧区以及沿海几千个岛屿，人口分 散，电网难以通达，或无电力供应，或采用很贵的柴油发电。
水平轴风力机简介
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。
偏航控制系统实物图
接近开关简介
(完整版)基于PLC的风力发电机偏航控制系统设计毕业设计
基于PLC的风力发电机偏航控制系统设计摘要由于化石资源的日益枯竭和人类对全球环境恶化的倍加关注，因此清洁绿色的风力发电技术已深受全世界的重视。
本设计主要研究的偏航系统是风力发电机组的重要组成部分。
由于偏航机构安装在机舱底部，通过偏航轴承与机舱相连。
当风向改变时，风向仪将信号传到控制系统，控制驱动装置工作，小齿轮在大齿圈上转动，从而带动机舱旋转，是风轮对准风向。
当机舱的旋转方向有接近开关进行检测，当机舱向同一方向达到极限偏航角度时，限位开关会及时将信号传到控制装置内，控制装置会迅速发出信号使机组快速停机，并反转解缆，经过上述过程从而实现偏航控制使风轮始终保持迎风状态。
根据边行系统的工作原理本设计所要解决的基本问题有：1、实现自动偏航控制及手动偏航控制的双控制系统设计2、设计偏航系统的制动装置以及扭缆、解缆保护装置的控制方法3、了解偏航液压系统的作用、工作原理和控制方法。
4、编写驱动控制程序、扭缆、解缆保护程序。
关键词：风向，自动偏航，风向仪，偏航电机Design of Yaw Control System for Wind MotorBased on PLCABSTRACTClean and green wind power technology has gotten great attention by the world because of the increasingly exhausted fossil resources and the more attention on the global environmental degradation. This design mainly researches the yaw system which is an important component of the wind turbine. Because the yaw mechanism installed at the bottom of the engine room and connected to the engine room through the yaw bearing. When the wind changes, wind vane will send the signal to the control system to control the drive work. The pinion rotated on the big gear ring, which can turn the engine room to make the wind wheel turbines on the direction of the wind. When the revolving direction of the engine room is closed to the switch to do detection and the engine room reaches the maximum yaw angle to the same direction, the limited switch will send the signals to the control device in time. Then the control device could quickly send a signal to make the set quick stop and turn over the cast loop. After above the process, it will realize the yaw control and make the wind wheel keep the state of facing the wind. According to theworking principle of the edge system, this design should solvethe problem as follow.1、Realizing the double control system of automatic yawcontrol and manual yaw control;2、Designing the brake device of yaw system and the controlling methods of protection device of the button cableand the cast loop;3、Understanding the effect of yaw hydraulic pressuresystem, working principle and the controlling methods;4、Writing the controlling program of drive and the protection program of button cable and cast loop.KEY WORDS: Wind Direction, Automatic Yaw, Yaw Angle,Yaw Motor目录前言................................................................................................第1章绪论....................................................................................1.1 风力发电的介绍...................................................................1.2 风力发电的发展历史...........................................................1.3 中国风力发电的发展现状...................................................第2章风力发电机及偏航系统的工作原理 ...................................2.1 风力发电机组的基本介绍...................................................2.1.1 风力发电机的分类.....................................................2.1.2 风力发电机的基本构成及及原理 (1)2.2 风力发电机偏航系统的介绍 (1)2.2.1 偏航系统的分类 (1)2.2.2 偏航系统的组成 (1)2.2.3 偏航系统的功能及原理 (1)第3章风电机偏航系统总体设计 (1)3.1 风电机偏航系统基本设计思路 (1)3.2 设计方案选择 (1)3.3 偏航系统硬件的选型 (1)3.3.1 电动机选型 (1)3.3.2 限位开关选型 (1)3.3.3 接近开关选型 (2)3.3.4 风向传感器的选型 (2)3.3.5 PLC选型 (2)第4章风电机偏航控制系统的硬件设计 (3)4.1 风电机偏航系统工作过程 (3)4.2 系统硬件设计 (3)4.2.1 PLC I/O地址分配 (3)4.2.2 PLC端子连接图 (3)4.2.3 偏航电机主电路设计 (3)第5章风电机偏航系统软件设计 (3)5.1 风电机偏航系统整体流程图 (3)5.2 风电机手动偏航系统流程图 (3)5.3 风电机手动偏航梯形图 (3)结论 (4)谢辞 (4)参考文献 (4)附录 (4)外文资料译文 (4)前言能源是人类生存所必需的最基本的物质，保证国民经济稳定发展的主要物资基础。
风力发电机偏航控制系统的设计
ｂ ｓ Ｄ 通讯 。ｓ — ２０Ｐ Ｃ 置的 主站 通讯模 块为 Ｃ １４ — ， ｒ — ｕ— Ｐ ７ １０ Ｌ 配 Ｍ ２ ３ ５ Ｐｏ ｉ ｆ ｂ ｓＤ ｕ — Ｐ从站 通讯模块 使用 的是泗博 Ｐ 一 ２ 。除此之外 ， Ｍ １５ 系统 的主要 硬 件还包括 ： 向传感器 、 风 偏航 电机 、 减速机构等 。其 中 ， 风向传感 器采 用 绝对 式传感 器 。绝 对式 风向传感 器一般 由风 向标 和旋转 编码盘组 成。风向标 可随风 自由转动 ， 其方向与风 向一致 。旋转编码 盘安装在风 向标的转动轴上 ， 向标转动带动旋转编码盘轴转动 ， 风 当编码盘处于不同 位置时 ， 就会输 出不同的信号 ， 代表不同的风 向。绝对式风 向传感器输 出得到的是一个确定的角度值 ， 其范围在一 ８ 。＋ ８ 。 １０ ～ １０之间 ， 符合要求。 ３偏航 系统的软件设计 ． ３１ 向角 与偏航角定义 ．风 风 向角 的范围为一 ８ 。 １０ ， １０ ～ ８ 。 定义正北 方 向为风 向角 ０方 向 。风 。 向从 正北方 向顺 时针变化 时 ， 风向角正 向增加 ， 正南风 向为 １０ 方 向； ８。 方 向从正北方 向逆时针变化时 ， 风向角反向增加 ， 正南方向为一 ８ 。 向。 １０方 偏 航角 的范 围一 ８０ ～ ８０ ， １０ 。 １０ 。 同样定 义正北方 向为偏航角 为 ０方 。 向。风 轮主轴顺 时针 旋转 时 ， 偏航 角正 向增加 ； 风轮 主轴逆 时针旋转 时， 偏航角反 向增 加。
（一ｃ ｓ ×１ ０ １ ｏ ） ０ ％
（） ４
由式 （ ） ４ 可知 ， 了使损失功率最 小 ， 为 理论上应使 ０ 为零 。其 意义 在 于在整 个控制 过程 中 ， 应使偏 航角始终与 风向角一致 。由于在 不同 的时刻 ， 风向是改变的 ， 那么就需保证风力发 电机的风轮始终跟随风 向 的变 化 ， 确保其准 确对风 。但在 实际控制 中 ， 许一定 的偏差存 在 ， 允 即
风力发电机组偏航系统自动控制设计
理工学院毕业设计学生姓名：学号：专业：电气工程及其自动化题目：风力发电机组偏航系统自动控制设计指导教师：（教授）评阅教师：2013 年 6 月河北科技大学理工学院毕业设计成绩评定表注：该表一式两份，一份归档，一份装入学生毕业设计说明书（论文）中。
毕业设计中文摘要毕设计外文摘要目录1 绪论 (1)1.1风能的意义 (1)1.2国际风电技术的发展现状和趋势 (1)1.3我国风电技术的发展现状和趋势 (2)1.4风力发电控制技术现状 (4)2 风力发电机组系统构成及功能简介 (5)2.1风电机简介 (5)2.2风力发电的原理 (7)2.3风力发电机系统组成部分简介 (8)3 偏航控制系统功能和原理 (14)3.1偏航系统概述 (14)3.2偏航系统的组成 (14)3.3偏航控制机构 (15)3.4偏航驱动机构 (17)4 偏航控制系统设计及结果分析 (22)4.1偏航系统控制过程分析 (22)4.2 偏航控制系统整体方案设计 (25)4.3 结果分析 (41)5 结论 (42)致谢 (43)参考文献 (44)1 绪论1.1 风能的意义世界经济的快速发展和激烈的竞争，新能源发电尤其是风力发电技术日趋受到世界各国的普遍重视。
除水力发电技术外，风力发电是新能源发电技术中最成熟、最具大规模开发和最有商业化发展前景的发电方式。
由于在改善生态环境、优化能源结构、促进社会经济可持续发展等方面的突出作用，目前世界各国都在大力发展和研究风力发电及其相关技术。
风能取之不尽，用之不竭，是非常重要的一种洁净的可再生能源，是人类能源结构的转变中一个非常重要的部分。
风力发电是人们有效利用风能的方法之一，其技术在可再生能源利用中的运用也是比较成熟的。
风力发电是一项高新技术，它涉及到气象学、空气动力学、结构力学、计算机技术、电子控制技术、材料学、化学、机电工程、电气工程、环境科学、等十几个专业学科，是一项系统技术。
风力发电作为现在新能源利用的重要技术之一，电气工程和它是息息相关，密不可分的。
风力发电机偏航系统的工作原理
风力发电机偏航系统的工作原理风力发电机偏航系统是风力发电机的重要组成部分，它的主要作用是使风力发电机能够根据风向自动调整转向，使叶片始终对准风的方向，从而最大限度地捕捉到风能。
风力发电机偏航系统的工作原理可以简单地描述为以下几个步骤：1. 风向检测：风力发电机偏航系统首先需要准确地检测到风的方向。
通常，系统会使用一个或多个风向传感器来测量风的方向，并将这些信息传输给控制系统。
2. 信号处理：一旦风向传感器测量到风的方向，这些信号就会被传输到控制系统中进行处理。
控制系统会根据这些信号来确定风的方向，以便后续的调整。
3. 偏航控制：确定了风的方向后，控制系统会通过调整发电机的转向来使叶片对准风的方向。
通常，风力发电机偏航系统使用液压或电动机来实现转向的调整。
控制系统会根据风向信号来控制液压系统或电动机，使风力发电机转向。
4. 转向调整：一旦控制系统调整了风力发电机的转向，风力发电机就能够始终面向风的方向。
这样，风力发电机的叶片就能够最大限度地捕捉到风的能量，并将其转化为电能。
5. 反馈控制：风力发电机偏航系统通常还会包括反馈控制，以确保风力发电机能够稳定地对准风的方向。
反馈控制可以根据风向传感器的信号来实时调整风力发电机的转向，以保持其对准风的方向。
总结起来，风力发电机偏航系统的工作原理是通过风向传感器检测风的方向，控制系统根据这些信号来调整风力发电机的转向，使其始终面向风的方向。
这样，风力发电机就能够最大限度地捕捉到风的能量，并将其转化为电能。
风力发电机偏航系统的工作原理的实现离不开风向传感器、控制系统以及液压或电动机等关键组件的配合。
通过这些关键组件的协同工作，风力发电机偏航系统能够实现稳定的转向调整，从而提高风力发电机的发电效率。
基于智能算法的风力发电机组偏航控制研究
基于智能算法的风力发电机组偏航控制研究摘要：针对风力发电机组偏航系统难于建立精确系统模型，以及应用传统pid算法难于取得满意控制效果的现状，本文通过在pd型模糊控制器上并联一个积分环节，构成风力发电机组偏航系统简化模糊pid控制器。
仿真结果表明，该控制系统具有较好的动静态性能及风速扰动的鲁棒性。
关键词：风力发电系统;偏航控制;模糊pid控制;鲁棒性中图分类号：tm6 文献标识码：a 文章编号：1引言由于风能具有能量密度低、随机性和不确定性等特点，风力发电系统成为一个非线性、多变量、强耦合、不稳定的动态系统，系统模型建立非常困难。
由于模糊控制不需要建立精确的数学模型，具有控制机理和策略易于接受和理解，设计简单，应用方便等特点，使得模糊控制非常适合于风力发电系统的建模和控制。
本文通过风力发电系统简化模糊pid控制器设计，对偏航系统进行有效的控制。
2风力发电偏航系统功能概述偏航控制系统是风力发电机组电控系统的重要组成部分。
它是一个随动系统，当风向与风轮轴线偏离一个角度时，控制系统根据风向传感器的信号，按照一定的逻辑控制规律（风向随动逻辑控制）控制偏航电机将风轮调整到与风向一致的方位。
由于偏航概念的模糊性，无法用精确的数学模型描述具体状态，故需要采取传统控制方法与智能控制方法相结合的方法，对其进行综合控制，偏航控制系统的组成如图1所示。
图1 风机偏航系统控制图工作过程为：风力发电机组的风向传感器实时检测风向，经采集卡输送到控制系统，控制系统根据预先确定的控制策略对数据进行处理，并将处理结果传送给plc。
plc对传送过来的信号进行解读后把对应的控制信号发送给偏航电机，进行航向的控制和调整，调整后风向传感器继续采集风向。
3模糊pid控制器的设计3.1模糊控制的基本原理模糊控制系统的核心部分是模糊控制器，模糊控制器的控制规律由计算机的程序实现。
实现模糊控制算法的过程如下：获取被控量的精确值，然后将此量与给定值比较得到误差，一般选误差和误差变化率作为模糊控制器的输入量。
风力发电机偏航系统的组成
风力发电机偏航系统的组成一、引言风力发电机是一种利用风能转化为电能的装置，风力发电机偏航系统是指控制风力发电机转向风向的系统。
它的主要作用是保持风力发电机转子始终朝向风的方向，以最大化风能的捕捉效率。
1. 偏航控制器：偏航控制器是风力发电机偏航系统的核心部件。
它负责监测风向和风速，并根据设定的参数来控制偏航动作。
通常采用微处理器或PLC来实现控制逻辑，具备高精度和高可靠性。
2. 风向传感器：风向传感器用于测量风的方向，通常采用风向风速传感器。
它能够快速准确地感知风的方向，并将信号传输给偏航控制器，以便偏航控制器做出相应的调整。
3. 偏航驱动装置：偏航驱动装置是将偏航控制器的指令转化为实际的偏航动作的装置。
常见的偏航驱动装置有液压驱动装置和电动驱动装置两种。
液压驱动装置通过控制液压缸的伸缩来实现偏航动作，而电动驱动装置则通过电机驱动来实现。
4. 偏航传动系统：偏航传动系统用于传递偏航动作到风力发电机的转向机构。
它通常由传动轴、传动链条或传动皮带等组成，能够将偏航驱动装置产生的动力传递给转向机构，使风力发电机实现转向。
5. 转向机构：转向机构是风力发电机偏航系统的关键部件，它承担着将偏航动作传递给风力发电机转子的任务。
常见的转向机构有齿轮转向机构、液压转向机构和电动转向机构等。
它能够将来自偏航传动系统的动力转化为适合风力发电机转子转向的动力。
6. 控制信号传输系统：控制信号传输系统用于将偏航控制器发出的控制信号传输给偏航驱动装置。
常见的控制信号传输系统有导线传输系统、无线传输系统和光纤传输系统等。
它能够实现远程控制和监测，提高风力发电机的可靠性和安全性。
三、总结风力发电机偏航系统是风力发电机的重要组成部分，它通过偏航控制器、风向传感器、偏航驱动装置、偏航传动系统、转向机构和控制信号传输系统等组件的相互配合，实现风力发电机转向风向的功能。
只有保持风力发电机始终朝向风的方向，才能最大化地捕捉风能，提高发电效率。
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致谢
在本论文即将结束时，我真心感谢很多给与我学习和生活关怀帮助的人。张富全老师在课题研究阶段，精心指导、认真讲解设计过程中遇到的各种困难，在这里我向张老师表示真挚衷心的感谢！
a）外齿形式b）内齿形式
图4.4偏航齿圈结构简图
三.5.2
三.5.3
三.6
三.6.1
三.6.2
三.6.3
三.7
三.7.1
系统的硬件主要有:偏航电机，纽缆开关，风速仪，风向标，s7200-cpu224
各部分的功能：
偏航电机：为风力发电系统中风机对风及解缆的执行机构,使风机随着风向的变化而转动，对准风向。
接近开关：偏航电机运行的速度位置反馈信号。
风速风向传感器：将风速、风向信号转换成4~20mA的电流信号传给PLC。
PLC：它是兆瓦机组的中央处理单元。接收绝对正北方向信号、风向风速信号和接近开关传给它的风机所处的实际位置,经过逻辑处理，把精确的控制命令传给执行机构即偏航电机。硬件框图如图5.3。
图5.3硬件框图
Key words:Wind turbine；Yaw control system；
第一章
一.1
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
Wind turbine yaw control system
Abstract
In this paper, the wind turbine yaw control mechanism, drive mechanism, based on the use of single-chip PLC as the main control unit, designed for wind turbine yaw control system. Systems based on wind direction, wind speed data collected by sensors, logic control to take the initiative on the wind, to achieve controllability of the wind process. Papers are given based on the wind direction, wind speed sensor yaw control system hardware and software design.
风电(返税后)
3.3 ~ 5.3
一.2
一.2.1
一.2.2
一.2.3
一.3
一.4
第二章
二.1
二.1.1
二.1.2
二.2
二.3
二.4
二.4.1
二.4.2
二.4.3
二.4.4
二.4.5
二.4.6
第三章
三.1
三.2
三.3
三.3.1
三.4
三.4.1
三.5
三.5.1
a）外齿驱动形式的偏航b）内齿驱动形式的偏航系统图4.3偏航系统结构简图
6．李勇东.中国风力发电的发展现状和前景[J]，电气时代，2006，16-20.
7．魏毅立.变桨距调速风力发电机组控制系统研究及应用[D]，北京：科技大学博士学位论文，2004.
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9．徐德.诸静.风力发电机风向随动控制系统[J]，太阳能学报，2000年第5期.
此外，还感谢汇全集团的赵智刚工程师和程建邦工程师及电气的所有老师的指导与帮助。感谢你们在研究生期间给予的关心和照顾!
最后还要感谢我的同学，谢谢你们在设计过程中的支持与鼓励。
1.正常情况下，风机处于自动偏航状态，控制机舱使叶轮法线方向与风向基本一致 。
2.出现特大强风，遭遇12级以上的大风暴时，控制系统对机舱作90度侧风处理 。
3.当机舱相同一方向转动2圈时，为避免造成电缆缠绕，绞死，甚至绞断 。进行自动解缆控制。
图5-4 偏航控制系统输出控制结果
三.9
参考文献
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题目：风力发电机偏航系统控制
风力发电机偏航系统控制
摘
本文介绍了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பைடு நூலகம்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。论文给出了基于风向标、风速仪的偏航控制系统的软硬件设计结果。
关键词：
三.7.2
三.7.3
三.8
三.8.1
三.8.2
主程序
子程序
中断程序
三.8.3
本设计中通过风向标、风速仪检测风向、风速，并将检测到的风速、风向信号送到PLC中，PLC通过计算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，PLC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。具体输出结果是：
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