风力发电机组偏航控制系统设计毕业设计

新疆大学科学技术学院College of science ＆technology Xinjiang University学生毕业论文(设计) 题目：风力发电机组偏航控制系统设计新疆大学科学技术学院学生毕业论文（设计）任务书学生姓名刘海龙学号 20092450037专业电气工程及其自动化班级电气09-1论文（设计）题目风力发电机组偏航控制系统设计论文（设计）来源教师科研要求完成的内容1.查阅相关资料，掌握风机发电机组的基本结构；2.查阅相关资料，了解风力发电机组的偏航系统硬件结构及功能；3.查阅相关资料，掌握偏航控制系统的几种流程；4.掌握一种高级编程语言（如visual basic 6.0）；5.编制对风偏航的控制程序；6.完成毕业设计说明书一篇。

发题日期：2013年1月9日完成日期：2013年5月30日指导教师签名摘要长能源、环境是当今人类生存和发展所要解决的紧迫问题。

风力发电作为一种可持续发展的新能源，不仅可以节约常规能源，而且减少环境污染，具有较好的经济效益和社会效益，越来越受到各国的重视。

由于风能具有能量密度低、随机性和不稳定性等特点，风力发电机组是复杂多变量非线性不确定系统，因此，控制技术是机组安全高效运行的关键。

偏航控制系统成为水平轴风力发电机组控制系统的重要组成部分。

风力发电机组的偏航控制系统，主要分为两大类：被动迎风偏航系统和主动迎风系统。

前者多用于小型的独立风力发电系统，由尾舵控制，风向改变时，被动对风。

后者则多用大型并网型风力发电系统，由位于下风向的风向标发出的信号进行主动对风控制。

本文设计是大型风力发电机组根据风速仪、风向标等传感器数据，对风、制动、开闸并确定起动，达到同步转速一段时间后，进行并网操作，开始发电。

关键词：风力发电机；风向标；偏航控制系统ABSTRACTEnergy, the environment is the development of human survival and the urgency of the problem to be solved. Wind power as a new source of energy for sustainable development, not only can save conventional energy sources, and reducing environmental pollution, good economic and social benefits, ever-increasing importance attached.As the wind with a low energy density, random and non-stability characteristics of wind turbine is complex and ever-changing amount of nonlinear uncertain systems, therefore, the control unit technology is the key to safe and efficient operation. Yaw control system as a horizontal axis wind turbine control system for an important part of. The wind turbine yaw control system is divided into two categories: passive and active yaw wind wind systems. In this paper, the design is based on large-scale wind turbine anemometer, wind vane, such as sensor data, on the wind, braking, and determine the starting gate opening to synchronous speed for some time, and network operations to begin power generation.Key words: Wind turbine ；Wind vane；Yaw control system目录1 绪论 (1)1.1课题的背景和意义 (1)1.2世界风力发电的发电 (2)1.3国内风力发电的发展 (2)1.4本课题主要任务 (3)2 风力发电机组系统构成及功能简介概述 (4)2.1风力发电机的分类 (4)2.2现代风机 (4)2.3风力发电机系统组成部分简介 (5)2.3.1风力机桨叶系统 (5)2.3.2风力机齿轮箱系统 (6)2.3.3发电机系统 (6)2.3.4偏航系统 (7)2.3.5解缆装置 (7)2.3.6刹车系统 (8)2.3.7塔架 (8)2.3.8控制系统 (8)3 偏航控制系统组成和原理 (10)3.1偏航系统的组成 (10)3.2偏航控制机构 (10)3.2.1风向传感器 (10)3.2.2偏航控制器 (12)3.2.3解缆传感器 (12)3.3偏航驱动机构 (12)3.3.1偏航轴承 (13)3.3.2偏航驱动装置 (14)3.3.3偏航制动器 (15)3.4偏航控制系统的功能及原理 (16)3.4.1偏航控制系统的功能 (16)3.4.2偏航控制原理 (17)4 偏航控制系统设计及结果分析 (19)4.1 Vb结构和功能 (19)4.1.1 Visual basic6.0简介： (19)4.1.2 Visual Basic6.0的开发环境 (19)4.1.3 VB主要功能和特点： (20)4.2偏航过程 (20)4.3控制软件流程图 (21)4.4 Vb编程设计 (25)4.5结论与分析 (26)结束语 (28)致谢 (29)参考文献 (30)1绪论1.1课题的背景和意义随着人类社会发展的历史与能源的开发和利用水平密切相关，每一次新型能源的开发都使人类经济的发展产生一次飞跃。

在我们进入21世纪的今天，世界能源结构也正在孕育着重大的转变，即由矿物能源系统向以可再生能源为基础的可持续能源系统转变。

所谓可再生能源就是取之不尽、用之不竭、与人类共存的能源。

它包括太阳能、风能、生物质能、地热能、海洋能等。

在这众多的可再生能源中，目前发展最快、商业化最广泛、经济上最适用的，当数风力发电。

风能是一种干净的可再生能源。

太阳辐射对地球表面的不均匀性加热是风的主要成因。

空气从高气压区向低气压区流动就产生了风。

地球自转、公转的影响和地形、地貌的差异，加剧了空气流量和流向的变化，造成风速和风向的变化。

地球上大约有2%的太阳能被转化成风能。

风力发电作为一种新的、安全可靠的洁净能源，其优越性为越来越多的人所认识。

风力发电的优越性可归纳为五点:(1)风力发电是一种洁净的自然能源。

风能在转换成电能的过程中，只降低了气流的速度，没有给大气造成任何污染。

风电没有常规能源及核电对环境造成的污染问题。

核电的放射性废料仍是一个较难解决的问题。

(2)风力发电技术不断进步，单机容量逐步增大，产品质量得到改善，可用率达到98%以上，是一种安全可靠的能源。

(3)由于技术进步和产品批量增加，风力发电的经济性日益提高，风电成本持续下降，风力发电的成本己接近煤电，低于油电和核电。

若考虑煤电的环境污染和交通安全等问题，风电的经济性优于煤电。

(4)风力发电场建设周期短。

单台风力发电机组安装仅需几个星期，可多台同时安装，互不干扰。

建设一个风力发电场，从土建、安装到投产，只需半年至一年时间；而煤电、核电的建设需要二至十年。

(5)风力发电占地面积少。

塔筒与监控、变电建筑仅占风电场约1%的土地，其余99%的场地可供农、林、牧使用。

由此可见，风力发电具有较好的经济效益和社会效益，风力发电技术的发展受到世界各国政府的高度重视。

自从20世纪80年代现代并网风力发电机组问世以来，随着桨叶空气动力学、计算机技术、控制技术、发电机技术和新材料的发展，风力发电技术的发展极为迅速，单机容量从最初的数十千瓦级发展到最近进入风电场的兆瓦级机组；功率控制方式从定桨距失速控制向全桨叶变距和变速控制发展;运行可靠性从20世纪80年代初的50%提高到98%以上;并且在风电场运行的风力发电机组全部可以实现集中控制和远程控制;风电场发展空间更加广阔，已从内陆移到海上。

风电的迅猛发展已经形成了规模巨大的产业，因此它还可带动一批相关产业和产品的发展，对促进国民经济的发展具有重要的意义。

1.2世界风力发电的发电根据全国风能理事会（GWEC）发布的全球风电市场装机数据，2011年，全球新增风电装机达到237669MW。

这一数据表明全球累计装机实现了21%的年增长，新装数据达到6%。

到目前为止，全球75个过国家有商业运营的风电装机，其中22个国家的装机容量超过1000MW。

1996~2011年全球风电发展情况如图1-1和图1-2。

图1-1 1996~2011年全球风电每年新增装机容量图1-2 1996~2011年全球风电每年累计装机容量1.3国内风力发电的发展风电行业在2011年仍然保持了较快的发展，根据不完全统计，截止到2011年12月末，中国风电累计装机容量达6580.21万千瓦（包括已经并网发电和等待并网发电），分布在31个省、直辖市、自治区和特别行政区。

其中，广州和四川在2011年填补了无风电的空白。

累计风电装机超过200万千瓦的省级地区有10个，其中内蒙古风电装机容量以1853.63万千瓦位居第一，河北与甘肃分别位居第二和第三。

累计风电装机容量前10位省级地区的合计装机容量达到5671.45万千瓦，占全国累计风电装机容量的86.19% 如图1-3。

图1-3 2011年底中国升级地区累计风电装机容量前十位“十二五”期间将是中国风电发展的重要时期，中国风电在此期间将会取得重要的发展，中国政府还将出台一些促进风电发展的政策，促进风电健康、可持续发展。

如果国家政府没有出现重大调整，根据市场发展预测，到2015年末中国风电累计装机容量将超过1.3亿千瓦，年平均增长将达到1800万千瓦。

1.4本课题主要任务偏航系统是风力发电机组特有的，它主要有两个功能：一是使风轮跟踪变化稳定的风向；二是当风力发电机组由于偏航作用，机舱内引线的电缆发生缠绕时，自动解缆。

本课题是在了解风力发电机组基本组成和功能的前提下，进一步的理解风力发电机偏航控制系统的一些基本机构和功能，了解简单的偏航控制流程，并利用visual basic6.0完成编制风机偏航控制的简易程序。