风力系统范文

2024-07-23

风力系统范文（精选11篇）

风力系统第1篇

我国一些多风强风地区时有横风引起的交通事故。一些偏远地区道路,目前仍然还存在缺电的情况,这对交通的发展产生影响。结合风机底座土建,在道路两旁安装系列发电风轮机形成“挡风墙”,风机所发电力也可为当地照明或其它交通设施供电。

1 系统设计

1.1 风机选型

垂直轴发电机主要有萨渥纽斯型(H型)和达里厄型(S型)。H型风轮无反向力矩,能量利用率高,但风速低时难自行启动。S型风轮启动风速低,但反向力矩较大,能量利用率低。路边挡风风机只有充分消耗风能,才能有效降低机后风速。考虑两种风轮的优缺点,二者结合形成共轴组合式风轮,使组合风轮表现出优良的低风速气动性能和较高的风能利用率。

1.2 挡风“墙”挡风结构由若干风轮沿道路一侧或两侧排列组

成。风机由垂直转轴、风机叶轮以及风机底座构成。风机底座间可由垂直的挡风结构物连接。

1.2.1 底座间连接墙

底座间连接墙为垂直网状或栅栏状挡风结构。相关研究表明,栅栏透风率小于30%时对挡风率影响不大[2]。为降低材料消耗,可以采用透风面积约为30%的栏栅,挡风效率约为70%[2]。连接体和底座共同构成低矮的“硬”挡风墙,也使得其上部的风力更加强劲,推动风轮转动。

1.2.2 风轮结构设计

两种风机的配合尺度依据组合后最优的风能利用率决定。风能利用率是指风机抽取的功率和来风总功率的比值。尖速比是指风轮外边缘切线风速与来流风速的比值,即[3]。

当姿S=0.95时,S型风轮达到最佳风能利用率,风轮效率CSpmax=0.3,而当λH=5时,H型风轮才达到最佳风能利用率,效率为CHpmax=0.4。当H、S型共轴形成组合,则有ωS=ωH。来流风速度可看成相同,S和H型风轮同时达到最佳效率由尖速比计算式推算出H型风轮半经5倍于S型。

风轮扫风面上的最大宽度与高度之比称为高径比,分别表示为。其中h、d为S型风轮叶片高度和直径,H、R分别为H型风轮叶片高度与半径。不同类型的风轮有不同的最佳高径比。考虑单位叶片长要使风轮扫风面积最大,iS≈4,iH≈1时,S型、H型风轮风能利用率最佳[4]。根据文献,风轮的启动风速v起,额定风速为V能驱动功率为P的发电机;启动力矩与阻力矩之和为Me;电机效率η1及传动效率η2;要使风轮无外力启动,S型风轮产生的力矩必须大于启动力矩和传动力矩。保守计算,设一个可靠系数μ(μ>1)。

r为S型风轮的叶尖半径,Ms为S型风轮的启动力矩,Cm为S型风轮的启动力矩系数,ρ为来流空气密度,e为S型风轮的重叠宽度,通常[1]。S型、H型风轮扫风面积As、AH及他们的功率为:

通过迭代,可以求得H型风轮叶片半径R,再由(1)、(2)式得到S型风轮叶尖半径r、风轮叶片直径d、风轮叶片高度h以及H型风轮高度H、半径R,为设计所用。

1.2.3 挡风系统的高度和风轮间距设计

系统视为一堵有一定透风率的连续墙体。β为设置单侧风轮时,“墙体”的挡风效率。若设置双侧风轮则挡风效率约为1.3β。根据一般风力发电厂风轮的布置经验,S一般为3R~6R。风的速率垂向呈对数分布,当风吹过挡风系统后,风速自行调整为对数分布,顶端速度和来风速率一致,地面风速为0。随高度变化的速度分布函数为v(z)=5.57u1n(z/k+1),其中,u为摩阻风速,k为地表粗糙度,z为高度(mm)。平均风速可由垂向积分除以分布高度获得。经挡风结构后的风能:

风机消耗的能量与底座遮挡的风能之和应为单个挡风单元的效率与来流风能的乘积,其中β为单侧系统消能效率。V2(z)为装置后风速分布,为挡风墙前后的平均风速,为汽车上的平均风速,按照设计标准,据经验设定S值,联立(3)式得H总、β。

2 结语

风力发电挡横风系统可以与当地风力发电场建设配合,风机设置在道路两侧,不仅可有效缓解横风影响,还可以帮助解决偏远地区供电困难问题。和太阳能一样,风能挖掘利用、为偏远地区交通服务,应该是绿色交通发展的又一个新方向。

参考文献

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[4]张瑞嘉.基于风洞试验的垂直轴风机性能研究.华南理工硕士毕业论文,2010.

工厂经济型风力发电节能减排系统第2篇

1、工厂经济型风力发电节能减排系统主要构成：

由数台中小型风力发电机组成一定大容量的电源，由风力发电机自己组成直流网络并入变频器直流系统。用户的用电器接在变频器的三相交流输出端。变频器的三相交流输入端经微电脑控制器接到电网。它能自动控制电网与风力发电机之间的能源合理分配。J1-3是根据电网安全要求设计的联切刀闸，并根据负荷情况由电脑控制达到经济安全运行。

由于铅酸蓄电池100AH的一个需要400元，免维护的要800元，它一次只能储蓄一度电，寿命300-400次充放电，这样一度电成本就达一元，所以，对有电网的工厂来说，得不尝失。所以用电动机带发电机来做风电的补充电源，虽然损耗20%但还是划得来，在风电出力小于损耗时，负荷全部切到电网带，这样可以切底解决风电与电网的安全问题。多余的风电用于加热水。

2、系统主要功能：

利用当地风力发电资源，就地平衡有功率，节约能源。

3、系统主要意义：

环保意义重大，并可获得政府的20％补贴。

4、系统主要优点：

投资省回收快，彻底解决目前能源短缺问题。

5、系统对风力资源主要要求：

下面是以风力资源年平均在4米左右的风力资源为例进行说明

由于风机安装在20米至30米的高架上，上面风速约是地面10高度时的风速1.2倍，后面附表1是这一个风力资源主要的数据，年平均风速5（米/秒）.下表是风速频率曲线、输出功率、发电量统计。

风速频率曲线：是指一年当中按每秒多少米的风速为挡位的统计数据，下面是以闽江口年平

均风速达4米/

下面是24KW风力发电机输出的功率与风速关系的曲线图：

图

6、系统主要经济效果：以24KW的风力发电节能系统为例：

总投资在6万元左右，风力发电年利用小时数达2000小时，发电量在4.36万度，扣除利用率为8.5折（因工厂停厂休息等因素）。实际利用达3.7万度，每度电以0.7元计，年节约电缆2.6万元。投资可约在2年内收。

7、系统主要建设内容：风力发电机是系统主要设备，它是目前国内最先进，重量最轻，价格最低的机型，它的成本是节能的关键。它占总成本的3分之2。它是建设系统的主要工作量。

8、系统主要采用的工艺技术路线：

由数台中小型风力发电机组成一定大容量的电源，它

主要利用中小型风力发电机的技术成熟性和经济性。目前

大型风力发电机综合成本在7千元以上，限制了人类对风能的利用。所以经济性是利用风能的关键点。由风力发电机自己组成直流网络并入变频器直流系统。由于风力发电机是输出交

流电，风机与风机并列运行是非常不容易，交流并网成本高，对自动化要求高，所以限制了中小型风力发电机在工业上的应用。所以使用直流系统，使并网变成非常简单。用户的用电器接在变频器的三相交流输出端。变频器的三相交流输入端经微电脑控制器接到电网。它能自动控制电网与风力发电机之间的能源合理分配。只要你的工厂有用电，风力发电机发出的电力100%转移到你的工厂负荷上，当风力不足时电网的电力自动补充到负荷上，负荷不会因为风力不足而不正常运行。风力发电机采用永磁式发电机，它结构简单故障率低。且重量轻，每千瓦重量只有十公斤，风机采用小型合成大的容量模式如下图：

8、系统主要设备：

9、系统主要建设用地：

系统主要用地是风力发电，图片上右下角为6KW容量，它只占地为3*3米见方，塔架高度15米。风机上下层3米，风机叶片直径3米。当塔架高度增加到30米时可使容量达到24KW，10、系统主要建设工期：

24KW容量是由0.75KW*32台。每台风力发电机只有10公斤重，管架由直径4寸镀锌管搭接起来，2个工人可用一两天完成。输电线与电器搭接起来需要2个工人可用一两天完成。

11、系统主要建设进度情况：

主要需要对工厂附近的风力资源勘测，风力发电场土地平整，风力发电场道路建设，安装材料运输占用较多的时间。

12、系统主要应用领域：

可在任何有风力资源建设这个系统，工厂应距离风场1公里之内，用电量在一万元以上的工厂、企业。

13、系统主要缺点：当风力发电机发出电力大于工厂用负荷时，这些电力将被浪费掉，只能用于加热烧开水。无法向电网输送，这是因为电力公司不收购小容量的风力发电电力原因。虽然可再生能源法已出台，但它的具体实施细则没有配套出来，所以无法上网。

2008年11月27日张力 ***

附表

1统计数据：

1、大于3米风速有7358小时。大于6米风速有3153小时(国家气象局统计资料显示东南沿海大于3米风速有7000-8000小时。大于6米风速有4000小时)2、24KW风力发电机组年可发电量4.36万kwH（度）

3、一年有8760个小时

4、风速频率（%）是指某一风速在一年时间中占有的百分数。

5、小时数是指某一风速在一年8760个时间中占有的小时数。

6、输出功率是指某一风速对应的风机输出的功率。

风力系统第3篇

关键词：开关磁阻发电机；功率主电路；小功率风力发电；非线性数学模型

中图分类号：TM352文献标识码：A

1引言

风力摆控制系统设计第4篇

采用STC12C5A60S2/AD/PWM系列单片机, 它是宏晶科技生产的单时钟/ 机器周期 (1T) 的单片机, 是高速/ 低功耗/ 超强抗干扰的新一代8051单片机, 指令代码完全兼容传统8051, 但速度快8- 12倍。内部集成MAX810专用复位电路, 2路PWM, 8路高速10位A/D转换 (250K/S) , 针对电机控制, 强干扰场合。采用自制流风机, 不受材料的限制, 制定满足要求并且适用的流风机, 扭矩大, 体积小, 驱动电路简单, 稳定强, 负载能力强。MPU- 6000为全球首例整合性6轴运动处理组件, 相较于多组件方案, 免除了组合陀螺仪与加速器时之轴间差的问题, 减少了大量的包装空间。MPU- 6000整合了3轴陀螺仪、3轴加速器, 并含可藉由第二个I2C端口连接其他厂牌之加速器、磁力传感器、其他的特征包含内建的温度感测器、包含在运作环境中仅有±1%变动的振荡器。按偏差的比例 (P) 、积分 (I) 和微分 (D) 进行控制的PID控制器 (亦称PID调节器) 是应用最为广泛的一种自动控制器。它具有原理简单, 易于实现, 适用面广, 控制参数相互独立, 参数的选定比较简单等优点;而且在理论上可以证明, 对于过程控制的典型对象──“一阶滞后+ 纯滞后”与“二阶滞后+ 纯滞后”的控制对象, PID控制器是一种最优控制[1、2、3]。

2系统理论分析与计算

采用高精度的陀螺加速度计MPU6050不断采集风力摆姿态角数据。MPU6050集成了3轴MEMS陀螺仪, 3轴MEMS加速度计, 以及一个可扩展的数字运动处理器DMP。MPU6050和所有设备寄存器之间的通信采用400k Hz的I2C接口, 实现高速通信。且内置的可编程卡尔曼滤波器, 采用最优化自回归数据处理算法精确测量风力摆当前姿态角。 MPU6050对陀螺仪和加速度计分别用了三个16位的ADC, 将其测量的模拟量转化为可输出的数字量, 通过DMP处理器读取测量数据然后通过串口输出[4、5]。

3算法的分析

风力摆转动角度比例P:对风力摆角速度进行比例调整, 即对舵机转动速度调整。比例越大, 调节速度越快。但不能过大, 过大可能造成四风机因工作状态突变而是摆杆不稳定。

角度误差积分I:使系统消除稳态误差, 提高无差度。加入积分调节可使系统稳定性下降, 动态响应变慢。本系统追求更快更稳完成对风力摆的控制, 因此, 本系统对积分调节的需要就非常弱。即保证在不需要时系统不会受到影响。

角度微分D:微分作用反映风力摆角度的变化率, 即角速度。具有预见性, 能预见偏差变化的趋势因此能产生超前的控制作用, 在偏差还没有形成之前, 已被微分调节作用消除。因此, 可以改善系统的动态性能。在微分时间选择合适情况下, 减少调节时间[6、7、8]。

4运动规律的计算

a.v (线速度) =ΔS/Δt=2πr/T=ωr=2πrn (S代表弧长, t代表时间, r代表半径, n代表转速)

5测试结果的比较和分析

驱动风力摆工作, 使激光笔稳定地在地面画出一条长度不短于50cm的直线段, 来回五次, 记录其由静止至开始自由摆时间及最大偏差距离[9]。测试结果如表1所示。

根据上述测试数据, 可以得出以下结论:

驱动风力摆工作, 激光笔稳定地在地面画出一条长度不短于50cm的直线段, 来回五次, 满足时间要求及最大偏差距离。

摘要：本系统为由STM32单片机控制模块、姿态采集模块、风力摆模块、液晶显示模块、人机交互系统以及风力摆机械结构组成的闭环控制系统。MPU6050采集风力摆姿态角, 单片机处理姿态角数据后通过PID精确算法调节直流风机以控制风力摆。

关键词：PID算法,MPU6050,STM32,单片机人机交互

参考文献

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[8]张卫政.基于模糊控制的风机盘管空调系统应用研究[D].广州:广东工业大学, 2005.

风力系统第5篇

关键词：变速恒频风力发电控制功率曲线

中图分类号：TM614文献标识码：A文章编号：1674-1161（2015）02-0037-03

目前，风力发电系统输出的有功功率和无功功率均可调节，但其不易满足恒速恒频的控制要求。随着电力电子技术的发展，风力发电系统的控制得以促进，变速恒频技术取得一定进步，并在风力发电系统中得到推广应用。

1变速恒频控制及运行原理

通过分析贝兹理论，得到变速恒频的控制原理，即：控制风力机的转速按某个函数关系随风速而变化。在此基础上采用某种控制方式，使风力发电系统能够输出恒定频率的交流电。风力机的机械功率Pm在发电过程中将转变为发电机输出的电功率PS、系统动能变化△Pk及系统损耗APs，即：

风力机的转速和功率曲线关系如图1所示，图中Popt。曲线是在各风速下风力机最大输出功率点的连线，电就是最佳功率曲线。

由图1可以看出：在最佳功率曲线上，风速、风力机转速和系统输出功率是对应的：在同一风速下，转速不同，风力机输出的功率也将不同。如果能够追踪Popt曲线，保持叶尖速比为最佳，便可最大限度地捕获风能。因此，在风速变化时需要及时准确地控制风轮机转速n，这即是变速恒频控制技术的主要思想，

2兆瓦级风力发电系统控制策略

2.1兆瓦级风力发电系统结构

兆瓦级风力发电系统结构如图2所示，

兆瓦级风力发电系统一般采用永磁同步发电机系统和变桨距风轮，发电系统采用AC-DC-DC-AC的变频方式，其中整流部分不可控，所有的控制过程是利用MOSFET和可控逆变器在DC-DC变换过程完成的，因此，输出恒压恒频的任务通过逆变器来实现。如果风速低于额定风速，需要控制逆变器来实现发电机转速的控制。

发电机输出的交流电经过不可控整流器件传输到初级直流母线，直流母线电压Udc和发电机输出电压成正比。由于发电机输出电压随风速变化，所以初级直流母线电压存在较大波动，故需经过滤波后才能作为DC-DC变换的输入，在可控DC-DC模块巾升压后输出到二级直流母线。二级直流母线的电压幅值趋于稳定，再经过可控逆变器控制电压和输出功率

在电压变换过程中，DC-DC模块用于稳定直流母线电压，逆变器是整个系统中最重要的环节。逆变器在并网前要保证系统输出参数与电网参数完全一致，在保证输出频率一定时，逆变器负责调相和调压：发电系统并网后，电网锁定发电机定子的旋转磁场，逆变器的输出电压将跟随电网电压进行工频旋转，此时系统的控制目标为获取最大风能，并保证风力发电系统的功率因数可调。

2.2风力发电系统最大功率输出模式

风力机在额定风速以下时，风力发电系统工作在最大功率输出模式，此时系统以获得最大风能为控制目标。对应于任一转速n，风力机有最大功率输出Pmax=kn3，其中包含系统传输过程中的损耗AP，则发电系统馈人电网的有功功率P=Pmax-？P。因此，需要控制逆变器馈入电网的电流频率、幅值和相位，使馈人电网的有功功率能够跟踪指令P，实现对发电机转速控制，并且保持最优叶尖速比，获得最大风能。同时，通过控制逆变器输送到电网的无功功率，能够改善系统功率因数。

风力发电系统与电网的连接等效成纯感性电抗，系统的能量传输如图3所示，发电系统和电网电压之间的向量关系如图4所示。图中：X。为发电系统与电网之间的感抗；P1，Qt为逆变器输出的有功功率和无功功率；Pns，Qa为输送到电网的有功功率和无功功率：vI，Vs为发电系统输出电压和电网电压。

由公式（3）可知，通过控制逆变器输出电流可以调节逆变器输出有功功率和无功功率，其方法为：通过控制逆变器输出电流的频率、幅值和相位，使逆变器输出的有功功率和无功功率跟踪P1和Qs，这样可获得最大功率并实现功率因数可调。利用闭环控制，能够控制逆变器的电流输出跟踪给定的参考电流，电流控制电压源逆变器的控制信号流程如图5所示。

2.3风力发电系统额定功率输出模式

风力机在额定风速以上时，风力机的变桨距系统开始运行，通过改变叶片的对风攻角来减小风力机的叶片受力，控制风力机获取风能维持在额定功率，并向发电机传送恒定的功率。通过控制逆变器的输m功率维持在额定功率，进而使发电机获得稳定的机械能量，保证系统的转速不变。根据分析，系统的额定电流为IN，额定电压为UN，只要控制逆变器输出电流能够保持在IN或输出电压能够保持在UN，即可实现系统输出额定功率。

3结语

本文针对兆瓦级变速恒频风力发电机组的控制问题进行理论分析与研究。从空气动力学的基础理论人手，分析风力发电机组运行时的最大风能追踪原理，通过构建风机受力模型，推导出理论风能利用系数；分析变速恒频运行方式，提出可靠的变速恒频控制策略，在不同风速下对风机转速与功率关系进行比较，得出最佳功率曲线，控制风机沿着最佳功率曲线运行，从而获得最大输出功率，以实现变速恒频的控制目的。

参考文献

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ResearchontheControlofWindPowerGenerationSystemofMWVariableSpeedConstantFrequency

BAOJieqiul，HANGangl，ZHANGYj2，DUANZhiqiangr

Abstract：Atpresent，thetechnologyofvariablespeedconstantfrequencyiswidelyusedinthecontrolofwindpowergenerationsystem.Thearticleexpoundsthecontroltechnologyofvariablespeedconstantfrequencyanditsoperatingprinciple，suggestsreliablecoritroltacticsforwindpowergenerationsystemofMWvariablespeedconstantfrequency，inordertorealizethecontrolofvariablespeedconstantfrequencytowindpowergenerationsystem.

小型风力发电路灯系统设计初探第6篇

关键词：可再生能源,风力发电,发电机

随着我国国民经济的快速持续增长, 使得对能源需求全面高涨, 特别是电力需求, 从而造成了我国紧张的电力供需的局面。另外, 电网间由于不能有效联网也加剧了电力供需的不平衡。尤其是在经济相对发达的东南沿海地区, 电力供应紧张的形势更加严峻。因此, 风力发电在我国乃至世界都得到了积极的关注。根据相关资料统计, 每年来自外层空间的辐射能为1.5*1018KWh, 其中的2.5%即3.8*1016KWh能量被大气吸收, 产生大约4.3*1012KWh的风能, 而在中国的东南沿南及附近岛屿包括山东、江苏、上海、浙江、福建、广东、广西和海南等省 (市) 沿海近10公里宽的地带, 风功率密度在200W/m2米以上, 由此可见风能拥有巨大的隐藏资源。进入21世纪, 随着现代电力电子技术的不断发展, 新材料的涌现和不断完善, 风力发电技术又向前迈进了一大步。

本课题希望通过我们的学习研究设计一套小型风力发电的路灯, 供实验学习用。

一、系统原理

本文中的风力发电路灯系统框图如图1所示。

由图1可知, 风力发电系统主要由叶片系统、发电机组、稳压电路、充电电池、光控电路、路灯六个部分组成。系统的工作原理为:当风吹向叶片时, 叶片开始转动并带动发电机发电;发电机将输出电流送入稳压电路进行稳压;稳压电路将电压稳定在5V, 交向充电电池充电;充电电池向最终的负载供电;由于考虑路灯的实际用处, 并节省能源, 充电电池输出的电压先经过一个光控电路, 控制路灯的开启与关闭。

(一) 叶片系统

叶片结构是叶片捕获风能的保证, 叶片是风力发电设备的关键部件之一, 叶片是电能来源的重要工具, 会直接影响风力发电设备的运行寿命、机械效率及视觉效果。

目前国内的叶片设计技术还不够完善, 需进一步提高和发展, 而在国外, 叶片系统设计已相当成熟。本课题在选择叶片时主要考虑四个方面:根部连接设计, 蒙皮和夹芯, 主梁, 预弯式结构。

由于作用在叶片上的载荷通过叶片根端连接传到轮毂上, 叶根的载荷最大, 由于风的无向性特性, 使得叶根的应力变得复杂, 需要承受着复杂的剪切、挤压、变扭等各种载荷, 所以选择叶片时, 其叶根连接处必须具有足够的机械强度与弯扭刚度;与普通的叶片相比, 选择预弯式叶片, 首先可以因增加了叶尖与塔的距离, 而避免叶片旋转时打到风塔上的风险, 其次增大风轮扫掠面积, 提高发电能力, 第三减少对叶片刚度要求, 从而减轻叶片重量, 提高叶片的机械效率。

(二) 发电机系统

发电机系统是风力发电的核心, 而且其种类繁多。根据基本结构以及运行原理, 发电机通常可分为直流电机、感应异步电机和同步电机几大类。在恒速恒频 (constant speedconstant frequency, CSCF) 风力发电系统中常用的发电机包括异步机, 感应电机和电励磁同步机;在变速恒频 (variable speedconstant frequency, VSCF) 风力发电系统中所采用的电机种类比较多, 主要有:笼型异步电机, 绕线式异步电机, 永磁同步发电机, 混合励磁永磁同步发电机, 开关磁阻发电机, 高压发电机等。

在大型风力发电系统可采用绕线式异步电机的双速异步发电机, 该发电机具有2种不同的同步转速, 即低同步转速和高同步转速。风速较低时采用低同步转速运行方式, 维持低功率输出;风速较高时采用高同步转速运行方式, 与之对应则是高功率输出根据异步电机理论, 在电网频率恒定的情况下, 只需改变极对数p, 就能改变同步转速, 通常通过安装2套不同绕组或改变定子绕组的接线方式就可改变极对数p。

由于本项目只需输出5V-12V电压, 因为本文中的发电机采用永磁直流发电机, 但因其输出的电压有波动, 因此需对其输出电压进行稳压。

(三) 稳压电路

由于永磁直流发电机输出的电压属于波动式电压, 因此在此需要对其进行稳压, 否则其负载的寿命和可靠性将受到一定程度的影响。

稳压电路一般分为串联式和并联式。考虑实际实验过程中的简单易行, 在本文中的稳压电路主要采用7805稳压二极管, 达到稳压效果。

(四) 过压保护电路

由于只要风的存在, 总能产生电流, 不断地向充电电池充电, 即使电池电压已达到饱和, 这将使电路变得不安全。因此在电源向电池充电之前加一过压保护电路, 当充电电池的电压达到5V, 将切断输入电源, 从而达到保护电池的作用。

应用最为普遍的过压保护电路有可控硅触发保护电路, 光电耦合保护电路, 输出限压保护电路, 输出过压锁死电路等四种。文中过压保护的电路主要采用光电耦合保护电路, 具体电路图如图2所示。

图2中Uo1连接充电电池输出电压, 而Uo2则连接稳压电路的输出端。即当充电电池电压过高时, 稳压管 (Z3) 击穿导通, 触发可控硅 (SCR) 导通, Uo2电压对地短路, 过流保护电路或短路保护电路就会工作, 停止整个电源电路的工作。当输出过压现象排除, 可控硅的控制端触发电压通过R对地泄放, 可控硅恢复断开状态, 从而达到过压保护功能。

(五) 光控电路

路灯一般是用于夜晚的照明, 因为只需要在光线达到一定暗的程度开启路灯。因此充电电池输出电压向路灯供电前先经过光控电路。这种电路目前已非常成熟, 主要采用一光敏二极管即可实现。

二、结论

我国在1998年1月1日实施的《中华人民共和国节约能源法》明确提出“国家鼓励开发利用新能源和可再生能源”, 利用可再生能源设计设备也是对我们能源、经济和环境可持续发展的一种贡献。由于本课题属于初步实验阶段, 文中采用的许多电路属于典型的电路方式, 虽缺少一定的创新性, 但是应用于能源紧张的今天, 本文设计的风力发电路灯系统, 具有一定的实用性、成本低等特点。而且本文基本实现了从风力发电到路灯点亮的过程, 还考虑了过压保护和稳压过程, 使系统具有一定的可靠性。

参考文献

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[3]臧晓笛.几种双馈式变速恒频风电机组低电压穿越技术对比分析[J].变频器世界, 2008 (5) .

开关磁阻风力发电系统研究第7篇

目前,风力发电机一般采用普通异步发电机、双馈发电机和永磁同步发电机。但由于受风速变化的随机性、风轮机和发电机之间安装有增速齿轮箱、永磁材料退磁现象等诸多因素的限制,发电系统的稳定性较差。开关磁阻发电机可省掉增速齿轮箱,具有结构简单、低速运行性能好、输出为直流电、易于实现并网等特点[1,2]。鉴此,本文结合风力机和直流电动机的运行原理,给出了在不具备风场实验条件的情况下开展开关磁阻风力发电系统研究的方法,即采用直流电动机模拟风力机进行开关磁阻发电系统的实验,实现了系统最大净功率输出的闭环控制[3,4]。

1 开关磁阻风力发电系统

1.1 系统组成

开关磁阻风力发电系统实现机电能量转换的核心部件是开关磁阻发电机,还包括风力机、功率变换器、检测装置、控制器和蓄电池等,如图1所示。

风能是一个典型的随机变量,不同风速v下风力机输出功率与转速的关系如图2所示,从图中可看出,风力机在某一转速时都存在一个最大输出功率点,转速过大或过小输出功率都会降低。

一般的空气动力学实验都是依靠风洞或风场来完成的,但实验所需诸多条件给风力发电系统的研究带来很大不便,如何模拟出风力机的实际工作特性,成为风力发电系统研究的一个重要课题。直流电动机具有优越的控制性能,可通过改变电枢电压U的值,使电动机运行在最大功率曲线上的任意点上,从而模拟出风力机的最大输出功率特性。根据上述思路,建立了如图3所示的采用直流电动机模拟风力机的仿真模型,期望通过仿真来验证直流电动机能否工作在表1所示的风力机对应的点上。

仿真得到的直流电动机输出功率Pm、转速n、电枢电压U的波形如图4所示。

从仿真结果可看出,通过改变晶闸管触发角来改变加于直流电动机电枢的端电压,完全可以达到调节输出功率和输出转速的目的,使输出能够准确跟随给定的变化,保证了直流电动机输出功率特性能够准确模拟任意所需风力机的功率特性。

1.2 开关磁阻发电机模型

开关磁阻电机处于发电状态的分析方法类似于电动状态,只要加大开通角,使相电流在∂L/∂θ<0区(L为开关磁阻电机相电感,θ为定转子相对位置)出现,即可产生负转矩[5],若靠风力机维持开关磁阻电机转动,就可使电机工作于发电状态。假设开关磁阻发电机磁路不饱和,建立一个三相他励开关磁阻发电机模型,如图5所示。A,B,C三相模块的输入分别为转速ω、励磁电压Us、开通角θ1、关断角θ2、发电电压Uc、总转角θ;输出分别为相电磁转矩Ta、相绕组电流ia、相励磁电流iae、相发电电流iag、相励磁吸收功率Pae、相发电功率Pag。A,B,C三相模块由几个子模块构成,子模块分别为功率变换器模块、转子位置角计算模块、相电感及电感导数计算模块、电流计算模块、转矩计算模块、功率计算模块。

2 开关磁阻风力发电系统

2.1 控制方式

开关磁阻发电机不同于一般发电机,励磁发电交替运行,发电机的控制变量和电动机一样,主要包括开通及关断角、励磁电压、电流上下限幅值,可采用角度位置控制(APC)、脉冲宽度控制(PWM)和电流斩波控制(CCC)3种方法控制发电机输出功率。

图6和图7是开关磁阻发电机转速为1 000 r/min时,采用APC方法得到的关断角固定(31°)和开通角固定(18°)2种情况下的A相电流ia波形。

从图6可看出,减小开通角,励磁时间变长,相电流幅值相应增加。从图7可看出,关断角越大,励磁时间越长,且相电流峰值显著上升。比较图6和图7可看出,开关磁阻电机处于发电状态时,相电流对关断角的变化较敏感,所以一般多针对不同转速优选关断角,调节开通角实现发电控制。

图8是在θ1=18°、θ2=31°、转速为400 r/min、PWM信号频率为1 kHz时得到的A相电流ia波形(图中给出了占空比D分别为0.6、0.7、0.8时的波形)。从图8可看出,提高占空比可提高励磁电压,进而提高励磁电流及输出功率。

当θ1=18°、θ2=31°、转速为400 r/min时,得到了在不同电流上下限幅值下(即iH/iL)A相电流ia波形,如图9所示。从图9可看出,电流上下限幅值越大,励磁电流越大,相电流的幅值越大。

2.2 系统仿真

由于风力机功率特性的特点,为提高系统能量转化效率,可控制发电系统在风能变化的情况下仍能工作于最大功率点上。本文采用风速跟随方案,即根据测风装置观测到的风速,结合风力机最大功率曲线得到给定功率,然后与发电机实际输出功率进行比较,采用模糊PI控制器计算出相电流的开通关断角,从而控制发电机的电流输出,也就改变了系统的输出功率。

本文对一台三相12/8结构的开关磁阻发电机带阻性负载进行了多组风速仿真,仿真结果表明此方案是可行的。鉴于篇幅有限,文中选取其中一组风速为5 m/s时所得到的仿真波形(图10—图12)进行简要说明。图10中,Po为发电总功率扣除吸收的励磁功率而得到的净发电功率。发电初始阶段系统励磁造成的吸收功率大于发出功率,结合所选定的电压电流参考方向,所以净功率为正,整个系统吸收功率;而正式发电阶段的发电总功率远大于励磁功率,系统净功率为负,主要是电压电流方向不相关的原因,实际系统是发出功率的。

从图11可看出,开始时的发电电压Uc很低但上升很快,由于系统发电电压Uc的上升,系统发出功率就超过了励磁的吸收功率,经过很短时间,系统的净功率就稳定在某一值上,这表明所建立的发电系统能快速进行功率调节并进入稳态工作状态。

3 结语

应用直流电动机优越的控制性能,对风力机的功率特性进行了模拟,为实验室中风力发电提供了一个解决原动机的有效途径,并对开关磁阻发电系统采用风速检测方法进行了最大功率跟随控制仿真。从仿真结果看,波形符合理论分析,功率和电压响应都很快速,而且超调很小,功率跟随效果令人满意,进一步证明了系统的可行性。

参考文献

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卷接机组除尘风力平衡分配系统第8篇

1) 由于烟草行业一般2月~9月为生产淡季的特点, 往往不需要开启全部卷接包机组 (湖北中烟恩施卷烟厂15台套设备, 经常开机台数小于10台) , 同时因生产任务及品牌生产与卷接包机型、卷烟材料等因素有关, 在生产计划下达时, 又不能同时将生产计划安排在某两组除尘设备所直管的卷接包机组上进行生产, 只有3台除尘机组全部开启, 这样就因卷接机组的分散开启造成能源浪费。如现状图所示:只要有J1-J5机组中任一套机组开启, C1除尘机组就必须开启。只要有J6-J10机组中任一套机组开启, C2除尘机组就必须开启;

2) 在2月~9月生产淡季时, 若三套除尘系统中任意一台除尘风机出现突发性故障需维时, 则对应的卷接机组将全部停产, 影响生产进度;

3) 原卷接机组有卷烟机上7.5kW高负压风机、接装机上11kW高负压风机和制动泵上4 kW共3台电机, 计22.5kW。原卷接机组的卷烟机除尘风管集中接至除尘房经除尘器过滤后通过风机排至大气, 两台高负压离心风机及捕烟轮制动风泵效率低、噪音高、振动大, 风机多设备率相对较高, 设备运行不够稳定, 给设备维护及运行带来诸多不便。

卷烟机组除尘风力工艺系统流程现状图:

2 确定目标

我们通过建立先进的集中工艺风力除尘系统--工艺与除尘有机结合, 拆除了卷烟机上7.5 kW高负压风机、接接机上11 kW高负压风机和制动泵上4 kW电机, 直接由管道连接, 在除尘房选用三台110 kW高效、低噪声, 性能曲线平缓的高压离心风机, 为系统提供充足、稳定的风力。形成一个稳定、可靠地集中负压供给系统。

风机采用变频调速, 主风管上设置压力传感器, 根据系统风压变化, 自动调节风机转速, 控制系统风压波动<3%, 从而达到稳定系统风压之目的。

每台卷烟机上设置一个自动风压平衡器。接装机上设置一个气动调节阀, 根据设备运行状况自动调节风力, 确保系统风力稳定并合理地分配到每台卷接机组上, 满足每台卷烟机的正常生产要求。

根据卷烟机组生产工艺需求和机组独立生产的工艺特性, 通过加装除尘风管的联通和控制装置, 实现卷接机组除尘风力系统的优化分配, 达到节能降耗的目标;同时解决生产与除尘设备维修的矛盾。

3 工作原理

K1阀控制C1除尘风机与对应卷烟机组J1-J5管路的通断, K2阀控制C2除尘风机与对应卷烟机组J6-J10管路的通断, K3阀控制C3除尘风机与对应卷烟机组J11-J15管路的通断, K4阀控制C2除尘系统与C3除尘系统管路的通断, K5阀控制C1除尘系统与C2除尘系统管路的通断。

因生产任务及品牌生产与卷接机型、卷烟材料等因素有关, 在生产计划下达时, 不需要完全开启卷接机组, 但又不能同时将生产计划安排在某两组除尘设备所直管的卷接机组上进行生

当卷接机组总开机台数不超过10台时, 只需开启任意两组除尘设备及可满足所开机组台数的生产工艺需求, 同时也可解决单台除尘设备维修与生产的矛盾。 (实例操作情况见下表)

4 效果验证

通过加装除尘管路和控制装置, 当生产计划安排卷接机组满足开机台数≤10台时, 在满足生产工艺需求的前提下, 通过阀门的调配, 对所开卷接机组的除尘风力进行优化分配, 可减少一台除尘设备的开机, 达到节能降耗的目的。同时可解决C1/C2/C3三台除尘风机中任意一台除尘设备维修与生产的矛盾。

通过建立先进的集中工艺风力除尘系统, 拆除了卷烟机上3台电机, 提高了设备的作业率, 减少了因风机和降尘问题带来的停机。在除尘房选用3台110kW高效、低噪声, 性能曲线平缓的高压离心风机, 风机采用变频调速, 自动调节风机转速, 为系统提供充足、稳定的风力和环境降噪起到积极的作用。

参考文献

风力发电场控制系统浅析第9篇

泸西小海子风电场总装机容量48 MW, 主要由32台1.5MW双馈风力发电机组、2回35kV集电线路和1个110kV升压变电站组成。风电场位于海拔高程2 150~2 300m之间的一片山地上, 采用风机与箱式变电站组合的“一机一变”单元接线方式, 风电场风机分为两组并联至35kV集电线路, 并以2回架空集电线路汇入110kV升压变电站, 最终以1回110kV线路送出至电网220kV变电站。

2 风力发电机组控制

风力发电机组是由风轮、机舱、塔架、发电机、驱动链、偏航装置、控制柜等多部分组成的系统, 任何一个环节发生故障都会影响整个机组的安全运行。

(1) 风力发电机控制的目的是为了提高机组的适应性, 对发电机组进行整体调节, 保证其正常运行。变速恒频双馈风力发电机组控制系统集合了双PWM变换器、矢量控制技术和双馈感应发电机的优点, 有利于输出频率与电网保持一致。采用转换器和矢量控制是保证电力控制系统有效运行的重点工作。首先, 系统要求能量的相互转化性较强, 同时要突显电流逼近正弦波的优势, 使用开关器件连接变流器和电机, 在电网电压发生波动或突然消失时, 保证设备安全。其次, 变速恒频风力发电系统要求严格的矢量控制, 在功率外环和闭环中, 使用控制变频器计算出电压给定值, 通过矢量控制实现电机输出的功率调节, 提高供电质量和电力系统的稳定性。 (2) 实时闭环控制。变速恒频双馈风力发电控制系统可以分成3个子系统:变桨距控制、转矩控制和变流控制。机组主要的控制目标为:1) 风电机组在整个运行范围内稳定可靠地按预定轨迹运行;2) 优化机组的运行性能, 提高机组的发电效率与发电质量, 减小机组的机械载荷。变桨距控制可以有效减小机组动态载荷, 保证在额定风速以上时, 输出功率恒定;转矩控制可以提高机组的发电效率, 同时可有效减小机械传动载荷;变流控制可以保证机组的发电质量。 (3) 风力发电机组控制单元主要由变流器、现场控制设备、变桨传动的驱动机构等构成, 具有很强的抗电磁干扰和适应能力, 用来实现自动发电控制、设备保护、参数监视等功能。运行维护人员可借助控制单元对运行状况进行实时分析和检测, 指导风机设备的调试、操作和维护工作, 保证机组的正常运转。 (4) 风力发电机组远程通讯监控技术。该技术的特点是通过现场采样设备, 将获得的信息转化为数字模式, 经网络传输给远程诊断工程师, 工程师利用计算机和现代数字处理技术对数字信号进行分析和处理, 并将诊断结果反馈给现场故障处理人员 (图1) 。

远程控制体系从上到下分为5个层次:基层由被监控对象组成, 即风力电机组;现场执行层由PLC、PC控制器和传感设备等组成, 对风向进行侦测, 适时调整叶片到适当的角度, 充分利用风能开展发电作业;协调层, 即负责管理中心和监控中心之间、监控中心和现场控制中心之间的安全快速的数据传输;组织层是管理中心的综合, 负责监控中心的管理工作, 保证与外界的信息交流, 实现资源共享;远程监控层作为系统运行的指挥中心, 通过计算机网络接收和分析数据信息, 将处理意见传达给组织层, 及时纠正运行偏差。

3 风力发电场控制系统

泸西小海子风力发电场控制系统由风力发电机组控制和110kV升压变电站综合自动化组成。风电场控制采用全计算机的三级监控方式, 在各台风力发电机组的现场对单机进行监控;在110kV升压站的中央控制室对全部风力发电机组和升压站各类电气设备进行集中监控;在电网调度可对风电场全部设备实行远方监控。

(1) 风力发电机组控制系统由风力发电机组控制单元、远程上位机操作员站和高速光纤网络组成。监控系统主机设置在风电场110kV升压变电站的中央控制室, 经环形以太网与风力发电机组的就地控制器通信, 高速光纤网络将机组的实时数据送至上位机界面;上位机操作员站是风电厂的运行监视核心, 并具备完善的机组状态监视、参数报警, 实时/历史数据的记录显示等功能, 操作员在控制室内实现对风场所有机组的运行监视及操作, 运行人员可以通过上位机系统对全部风电机组进行控制和监视。 (2) 风力发电机组控制单元是风机控制的核心, 能够实现机组的参数监视、自动发电控制和设备保护等功能;风力发电机组的就地控制器设在塔架内底部, 具备监测、保护、控制操作、开停机、故障检测、参数显示、键盘及按钮输入控制、远程控制接口、记录等功能。每台风力发电机组配有就地HMI人机接口实现就地操作、调试和维护机组;通过控制器上的键盘和控制柜上的各按钮输入, 控制机舱内的左右偏航、开停机、复位等。 (3) 风力发电机组设在线监测系统, 能够在风机机组各部件损坏之前对各处设备运行状态报告进行预警, 以便现场人员及时发现维修, 减少设备损失。在线监测系统与风机监测控制系统一起通过场内光缆通信将信号传输到升压站。 (4) 110kV升压变电站综合自动化系统由站控层、间隔层构成, 每层均有相应的设备和网络设备。站控层与间隔层网络组网方式采用冗余以太网构架, 站控层包括主机、操作员工作站、远动装置、卫星对时装置及其他智能设备接口装置, 经双以太网与站内的间隔层的测控和保护装置进行连接, 从而实现对升压站内所有电设备的控制和监视, 监视对象包括电流、电压、有功、无功、频率, 各断路器、隔离开关、接地开关的分合闸位置、保护动作信号等;并可在操作员工作站上对断路器实行跳、合闸操作;能在操作员工作站上显示各种图形、报表, 具有分析统计功能。操作人员可以在工作站上用人机对话的方式, 对全场的设备进行操作和监视。 (5) 小海子风电场风机与中央监控系统通讯共分两路, 采用环形网络布局, 通过光分路器汇集成一路经架设在35kV集电线路上的24芯OPGW架空光缆传至升压站中控室, 通过光电转换模块与风力发电机的中央监控机相连, 实现风力发电机组与中央监控机的通讯。另外配置对讲机, 作为风电场运行人员巡视和检修联络通信用。小海子风电场系统通信, 站控层冗余配置两套远动通信工作站, 该工作站可与风机监控系统、升压站监控系统、无功补偿装置等设备通信, 读取实时运行信息, 对实时信息进行定时采样形成历史数据存储在终端中, 并将实时数据和历史数据通过电力调度数据网或2M专线上传到调度端主站系统, 同时从主站接收遥控命令及有功/无功的调节控制指令, 转发给风机监控系统、无功补偿装置等进行远方调节和控制。 (6) 升压站布设一套GPS对时系统, 该系统可在主控制室接收全球卫星定位系统 (GPS) 的标准授时信号, 对各个间隔层单元、保护单元及站级计算机等具有时钟的设备进行同步的时钟校正, 保证各部件时钟同步率达到精度要求。

4 结语

风电在全球都是鼓励发展的可再生能源, 对改善环境、优化资源配置有着不可或缺的作用。我国风力发电项目分布面广, 风力发电场运行情况多样, 动态特性复杂, 在机电设备、控制系统的选型和设计上各类型风电场都有一定的特殊性, 因此, 熟悉掌握风电场控制系统和机电设备的技术特性, 对保障风电场设备安全运行、提高风电机组的可利用率有重要意义。

摘要：风电场由多个部分组成, 而控制系统贯穿到每个部分, 相当于风电系统的神经。现介绍变速恒频双馈感应异步发电机组的控制, 重点对风力发电机组的控制要求及控制目标进行分析, 在此基础上对风电场控制系统的控制方案和各部分控制的技术应用进行研究和探讨, 对开发风电项目控制系统设计和运行管理有一定的借鉴意义。

关键词：风力发电,控制系统,技术应用,运行管理

参考文献

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[2]潘庭龙, 马忠鑫, 卢恩超, 等.风力发电系统独立变桨距载荷优化控制研究[J].控制工程, 2014 (2) :219-222.

风力系统第10篇

摘要：针对兆瓦级风力机偏航动作时剧烈振动问题，本文根据兆瓦级风机偏航系统主动偏航原理，在ADAMS中建立了兆瓦级风力发电机偏航系统虚拟样机动力学仿真模型.兆瓦级风力发电机组偏航系统主动偏航振动分析结果表明，偏航系统前四阶扭转振动的固有频率分别为17.694 7 Hz，55.816 6 Hz，85.141 2 Hz，170.182 3 Hz.动力学仿真分析结果表明，主机架在偏航运动的结束阶段存在剧烈的来回振荡现象，且振动的幅值达到了0.15 rad，振动衰减的时间超过了20 s，通过在主机架上加反馈控制可快速消除兆瓦级风机偏航系统来回振荡现象.

关键词：风力发电机组；偏航系统；主动偏航；固有频率

中图分类号：TK83 文献标识码：A

随着世界各国对能源需求的持续增长与日益严格的环境法规，目前兆瓦级风力发电机组已成为风能利用的主流设备.当风速矢量方向发生变化时，风力发电机组的偏航系统能够快速平稳地对准风向，以便风轮获得最大的风能.然而在主动偏航系统启动与刹车过程中，偏航系统的振动对风力发电机组的振动噪声、紧固件的疲劳寿命等方面产生严重的影响.如果其固有频率接近激励频率，系统将产生共振，则风力机在运行过程中，载荷由于结构共振而被放大，这关系到整个风电机组的安全运行.因此有必要对兆瓦级风力发电机偏航系统的振动特性作深入研究，避免共振的发生.然而，目前国内外对风力发电机组振动的研究主要集中在塔筒和桨叶方面，对偏航系统振动研究还比较少[1-3].文献[3]对兆瓦级风力机液压驱动的偏航系统进行了优化设计.文献[4]建立了塔架的扭转振动模型和运动方程，引入了摩擦失稳因子，得到塔架扭转振动失稳的条件.文献[5]从理论上对塔架进行了模态分析，在机舱与塔架耦合条件下求解塔架扭转振动的各阶固有频率与振型.文献[6]对螺栓连接非线性振动特性进行研究，将螺栓连接系统简化为弹簧、阻尼器、质量块的单自由度模型，说明了非线性方程能够较好地描述螺栓连接的振动特性.

但如何采取有效措施对兆瓦级风力发电机组偏航系统进行主动偏航动力学分析仍然是主动偏航过程兆瓦级风机偏航系统性能提高的瓶颈.为此，本文针对兆瓦级风力发电机组偏航系统主动偏航过程振动现象，从动力学角度研究偏航系统的动力学机理，并构建合适的兆瓦级风力发电机组偏航系统虚拟样机动力学模型，研究主动偏航过程偏航系统动力学规律.

1偏航系统主动偏航动力学模型

1.1偏航系统工作原理

如图1所示，滑动式偏航系统包括机舱、偏航齿圈、横向吊杆、压盘、柱头螺栓、蝶簧、摩擦片等装置.偏航齿圈通过高强度螺栓与塔架法兰固定连接，其外齿与固定在主机架上的偏航驱动减速箱输出轴齿轮相啮合，横向吊杆在压盘、碟簧等定位装置的作用下夹紧偏航齿圈的内圈并且通过高强度螺栓与风力发电机组机舱固定连接.

当偏航系统启动工作时，控制系统发出指令，4个驱动电机同时启动，偏航电机驱动偏航减速箱带动主机架绕偏航大齿圈缓慢旋转以实现对风；偏航动作结束需要制动时，依靠上下及侧部滑动摩擦块与偏航齿圈产生的摩擦力使机舱停止旋转；同时，驱动电机匹配有偏航制动器，在摩擦力与制动力矩的共同作用下，确保偏航系统不工作时，机舱能够锁死并保持静止状态[7-9].

根据风力发电机实际运行工况，在偏航驱动减速箱输出轴齿轮与主机架之间建立旋转副，偏航齿圈与塔架通过固定副连接，塔架固定在大地上；侧摩擦片与横向吊杆通过固定副以实现定位；顶摩擦片通过固定副与摩擦片保持架固定在一起；碟簧用建立在横向吊杆与底摩擦片处的弹簧模拟，并且在底摩擦片与横向吊杆之间施加移动副，通过施加运动副以实现偏航电机驱动偏航减速箱带动主机架及机舱绕偏航齿圈缓慢转动.

2.1.3添加接触力

在4个偏航驱动减速箱输出轴齿轮与偏航齿圈啮合处施加接触，在6个侧摩擦片与偏航大齿圈之间定义摩擦力；在30片底摩擦片与偏航大齿圈之间定义接触力，且静摩擦系数为0.3，动摩擦系数为0.1；顶部摩擦片与偏航齿圈之间分别用衬套代替平面副，并且在顶部摩擦片与偏航齿圈之间添加接触，通过施加接触以实现虚拟样机模型各个构件之间实现力的传递.

2.1.4螺栓的等效

横向吊杆处的高强度螺栓采用普通螺栓连接，当外载荷作用在系统上时，它依靠连接预紧后横向吊杆与主机架接合面间产生的摩擦力来抵抗横向外载和转矩，而螺栓的轴向除了承受轴向工作载荷外，还受到预紧力的作用.在ADAMS里面为了更好地模拟螺栓的连接作用，本文采用衬套来模拟螺栓联接.

2.1.5施加外载

在塔架与偏航齿圈结合面的中间建立一个属于主机架的Marker_1点，在Marker_1点上施加1 432.12 kN的力以及2 599.68 kN·m力矩作为外载.

2.2偏航系统主动偏航动力学仿真结果分析

2.2.1动力学仿真分析

在偏航驱动减速箱输出轴齿轮与主机架之间的旋转副上施加函数为STEP5（time，2.7， 0.314d， 2.78， 0d ）的速度驱动，进行动力学仿真分析[10-13].可以得到每个运动副所承受的力，以及构件之间的相对位移、相对加速度和相对速度.图6为塔架与地面之间的固定副在Y轴方向所受的力.

当在主机架上只施加Y轴方向的外载荷时，此固定副51受的力大小为2.441×106 N，它与虚拟样机的各个部件的总的重力与外载荷之和相等.这说明该虚拟样机模型能够真实模拟风力发电机偏航系统的工作.

2.2.2动态特性分析

加载ADAMS/Vibration模块，在偏航驱动电机输出轴齿轮与大齿圈啮合处定义输入，在主机架处定义输出.对系统进行基于模态的振动响应求解，求解系统的固有频率与振型.在风力发电机组偏航系统进行模态分析和频响特性分析.

1）模态分析

计算完成后，从ADAMS/postprocessor可以得到偏航系统前二阶的模态结果如图7～10所示.

从图7～10和表1中可知，第一阶振型为主机架的横向一阶扭转，固有频率为17.694 7 Hz；第二阶振型为横向二阶扭转，固有频率为55.816 6 Hz；第三阶振型为偏航齿圈的扭转，固有频率为85.141 2 Hz；第四阶偏航齿圈与主机架都发生了扭转，固有频率为170.182 3 Hz.实际中影响系统横向振动的模态主要是横向一阶与横向二阶模态.

2）频响特性分析

以主机架振动角位移为响应输出，通过计算得到主机架扭转振动的频响特性曲线如图11所示.

从幅频特性曲线可知，在17.694 7 Hz，55.816 6 Hz，85.141 2 Hz，170.182 3 Hz范围附近时，频响图出现了峰值.且在17.694 7 Hz和55.816 6 Hz时，幅值很大，因此偏航系统在工作时候，偏航驱动电机的频率要错开这两个频率的范围，以免共振带来的危害.而系统的第三阶和第四阶扭转频率远大于偏航电机的驱动频率，故影响较小.此研究结果与厂家提供的固有频率值基本吻合.

3）添加控制后的振动分析

以主机架y方向的转角为反馈量，以在主机架上施加的力矩为控制量，定义输入输出.在主机架上创建单分量力矩，初始值为0；建立控制系统的输入环节.在主机架质心处建立一个Marker_186点，坐标与主机架的质心坐标一致，建立一个控制输入.创建比例环节，创建比较环节.然后运行仿真，仿真时间为20 s，步长为0.1.得到主机架振动角位移控制前后的角度变化图.

由图12可知，未加控制之前，主机架在偏航运动的结束阶段存在剧烈的来回振荡现象，且振动的幅值达到了0.15 rad，振动衰减的时间超过了20 s，这种来回振荡运动会给风力发电机组疲劳寿命带来严重的损伤.当加了控制后，偏航系统运动状况非常理想，只在刹车后的7.25 s内存在较小的抖动，之后机舱能够迅速锁死并保持静止状态.

3结论

1）建立了兆瓦级风力发电机组偏航系统虚拟样机模型并进了动力学仿真分析与振动分析.结果表明，该虚拟样机能够准确模拟兆瓦级风力发电机组偏航系统的真实工作状况.

2）振动分析结果表明，偏航系统主要振动方式为扭转振动，且前四阶的固有频率分别为17.694 7 Hz，55.816 6 Hz，85.141 2 Hz和70.182 3 Hz.

3）通过在主机架上加反馈控制，偏航系统运动状况非常理想，这有利于消除兆瓦级风机偏航系统来回振荡现象.

参考文献

[1]刘静，李郝林，黄德杰. 基于ADAMS/Vibration 的轧辊磨床测量装置振动特性仿真[J]. 机械设计，2010，27（12）：29-33.

[2]鄂加强，张彬，董江东，等. 新型风电偏航减速机动力学仿真分析[J]. 中南大学学报：自然科学版，2011，42（8）：2324-2331.

[3]STUBKIER S， PEDERSEN H C. Design， optimization and analysis of hydraulic soft yaw system for 5 MW wind turbine[J].Wind Engineering， 2011，35（5）：529-550.

[4]廖明夫，黄巍，董礼，等.风力发电机组偏航引起的失稳振动[J].太阳能学报，2009， 30（4）： 488- 492.

[5]加成双.风力发电机组发电机组偏航振动的研究[D].长春：吉林大学，2011.

[6]陈学前，杜强，冯加权.螺栓连接非线性振动特性研究 [J].振动与冲击，2009，28（7）：196-198.

[7]余意.风力发电机滑动式偏航轴承的性能分析与研究[D].北京：华北电力大学，2011.

[8]肖劲松，倪维斗，姜桐.大型风力发电机组的建模及仿真[J].太阳能学报，1997，18（2）：117-127.

[9]张锁怀，张文礼，张青雷. 基于Adams的MW级风力发电机组动力学建模[J].华北电力大学学报：自然科学版，2009，36（4）：51-57.

[10]BALAMURUGAN S， ARUMUGAM R. Estimation of vibration in switched reluctance motor drives [J]. American Journal of Applied Sciences， 2005，2（4）： 119-127.

[11]高明宝，李世芸.基于ADAMS对柔性太阳能帆板的振动分析[J].机电产品开发与创新，2010，23（5）：76-78.

[12]高旭，曾国英.螺栓法兰连接结构的振动仿真分析[J].噪声与振动控制，2010，36 （3）： 38-40.

1）模态分析

计算完成后，从ADAMS/postprocessor可以得到偏航系统前二阶的模态结果如图7～10所示.

2）频响特性分析

以主机架振动角位移为响应输出，通过计算得到主机架扭转振动的频响特性曲线如图11所示.

3）添加控制后的振动分析

3结论

2）振动分析结果表明，偏航系统主要振动方式为扭转振动，且前四阶的固有频率分别为17.694 7 Hz，55.816 6 Hz，85.141 2 Hz和70.182 3 Hz.

3）通过在主机架上加反馈控制，偏航系统运动状况非常理想，这有利于消除兆瓦级风机偏航系统来回振荡现象.

参考文献

[1]刘静，李郝林，黄德杰. 基于ADAMS/Vibration 的轧辊磨床测量装置振动特性仿真[J]. 机械设计，2010，27（12）：29-33.

[2]鄂加强，张彬，董江东，等. 新型风电偏航减速机动力学仿真分析[J]. 中南大学学报：自然科学版，2011，42（8）：2324-2331.

[3]STUBKIER S， PEDERSEN H C. Design， optimization and analysis of hydraulic soft yaw system for 5 MW wind turbine[J].Wind Engineering， 2011，35（5）：529-550.

[4]廖明夫，黄巍，董礼，等.风力发电机组偏航引起的失稳振动[J].太阳能学报，2009， 30（4）： 488- 492.

[5]加成双.风力发电机组发电机组偏航振动的研究[D].长春：吉林大学，2011.

[6]陈学前，杜强，冯加权.螺栓连接非线性振动特性研究 [J].振动与冲击，2009，28（7）：196-198.

[7]余意.风力发电机滑动式偏航轴承的性能分析与研究[D].北京：华北电力大学，2011.

[8]肖劲松，倪维斗，姜桐.大型风力发电机组的建模及仿真[J].太阳能学报，1997，18（2）：117-127.

[9]张锁怀，张文礼，张青雷. 基于Adams的MW级风力发电机组动力学建模[J].华北电力大学学报：自然科学版，2009，36（4）：51-57.

[10]BALAMURUGAN S， ARUMUGAM R. Estimation of vibration in switched reluctance motor drives [J]. American Journal of Applied Sciences， 2005，2（4）： 119-127.

[11]高明宝，李世芸.基于ADAMS对柔性太阳能帆板的振动分析[J].机电产品开发与创新，2010，23（5）：76-78.

[12]高旭，曾国英.螺栓法兰连接结构的振动仿真分析[J].噪声与振动控制，2010，36 （3）： 38-40.

1）模态分析

计算完成后，从ADAMS/postprocessor可以得到偏航系统前二阶的模态结果如图7～10所示.

2）频响特性分析

以主机架振动角位移为响应输出，通过计算得到主机架扭转振动的频响特性曲线如图11所示.

3）添加控制后的振动分析

3结论

2）振动分析结果表明，偏航系统主要振动方式为扭转振动，且前四阶的固有频率分别为17.694 7 Hz，55.816 6 Hz，85.141 2 Hz和70.182 3 Hz.

3）通过在主机架上加反馈控制，偏航系统运动状况非常理想，这有利于消除兆瓦级风机偏航系统来回振荡现象.

参考文献

[1]刘静，李郝林，黄德杰. 基于ADAMS/Vibration 的轧辊磨床测量装置振动特性仿真[J]. 机械设计，2010，27（12）：29-33.

[2]鄂加强，张彬，董江东，等. 新型风电偏航减速机动力学仿真分析[J]. 中南大学学报：自然科学版，2011，42（8）：2324-2331.

[3]STUBKIER S， PEDERSEN H C. Design， optimization and analysis of hydraulic soft yaw system for 5 MW wind turbine[J].Wind Engineering， 2011，35（5）：529-550.

[4]廖明夫，黄巍，董礼，等.风力发电机组偏航引起的失稳振动[J].太阳能学报，2009， 30（4）： 488- 492.

[5]加成双.风力发电机组发电机组偏航振动的研究[D].长春：吉林大学，2011.

[6]陈学前，杜强，冯加权.螺栓连接非线性振动特性研究 [J].振动与冲击，2009，28（7）：196-198.

[7]余意.风力发电机滑动式偏航轴承的性能分析与研究[D].北京：华北电力大学，2011.

[8]肖劲松，倪维斗，姜桐.大型风力发电机组的建模及仿真[J].太阳能学报，1997，18（2）：117-127.

[9]张锁怀，张文礼，张青雷. 基于Adams的MW级风力发电机组动力学建模[J].华北电力大学学报：自然科学版，2009，36（4）：51-57.

[10]BALAMURUGAN S， ARUMUGAM R. Estimation of vibration in switched reluctance motor drives [J]. American Journal of Applied Sciences， 2005，2（4）： 119-127.

[11]高明宝，李世芸.基于ADAMS对柔性太阳能帆板的振动分析[J].机电产品开发与创新，2010，23（5）：76-78.

风力摆控制系统程序设计第11篇

关键词：PID算法,MPU6050,STM32,单片机人机交互

1 系统总体框图 (图1)

2 显示模块

1602液晶也叫1602字符型液晶, 它是一种专门用来显示字母、数字、符号等的点阵型液晶模块。它由若干个5X7或者5X11等点阵字符位组成, 每个点阵字符位都可以显示一个字符, 每位之间有一个点距的间隔, 每行之间也有间隔, 起到了字符间距和行间距的作用, 正因为如此所以它不能很好地显示图形 (用自定义CGRAM, 显示效果也不好) 。

1602LCD是指显示的内容为16X2即可以显示两行, 每行16个字符液晶模块 (显示字符和数字) 。市面上字符液晶大多数是基于HD44780液晶芯片的, 控制原理是完全相同的, 因此基于HD44780写的控制程序可以很方便地应用于市面上大部分的字符型液晶。 (图2)

3 驱动电路原理图

L298N是一种双H桥电机驱动芯片, 其中每个H桥可以提供2A的电流, 功率部分的供电电压范围是2.5-48v, 逻辑部分5v供电, 接受5v TTL电平。一般情况下, 功率部分的电压应大于6V否则芯片可能不能Á正常工作。 (图3)

4 主程序流程图 (图4)

5 子程序流程图 (图5)

6 测试结果的比较和分析

驱动风力摆工作, 使激光笔稳定地在地面画出一条长度不短于50cm的直线段, 来回五次, 记录其由静止至开始自由摆时间及最大偏差距离。测试结果如表1所示。

根据上述测试数据, 可以得出以下结论:

驱动风力摆工作, 激光笔稳定地在地面画出一条长度不短于50cm的直线段, 来回五次, 满足时间要求及最大偏差距离。

参考文献

[1]李硕, 赵彤帆, 李根全, 宋海珍.Matlab软件在单摆自由振动中的应用[J].实验室研究与探索, 2013, 11:65-68.

[2]陈文涛, 龚善初.单摆振动分析[J].湖南理工学院学报 (自然科学版) , 2008, 01:66-70.