基于PLC的风力发电变桨控制系统设计与实现开题报告

1. 研究目的与意义

随着全球经济的飞速发展，人类对能源的需求越来越多，而传统常规能源煤、石油、天然气储量有限，而且化石能源的使用带来的环境污染也日益严重，能源危机、环境污染和气候变迁促使人们寻求更加清洁、安全可靠的可再生能源。

风能作为一种可再生能源中成本较低、技术较成熟、可靠性较高的新能源，近年来开始在能源供应中发挥重要作用。另一方面，风能蕴藏量巨大。中国风力资源丰富，内陆主要分布在我国北部和西部地区，海上主要分布在东部沿海。据中国气象科学研究院估算，全国平均风能密度为100w/m²，10m高层的风能资源总储量为32.68亿千瓦，其中实际可开发利用的陆地风能资源量为2.53亿千瓦。东南沿海及附近岛屿，新疆、内蒙古和甘肃河西走廊，东北、西北、华北和青藏等地区属我国的风资源丰富区，每年风速在3m/s以上的时间近4000小时左右，一些地区年平均风速可达7m/s以上，具有很大的开发利用价值。

然而，随着风力机向大型化的趋势发展，风力机塔架越来越高，叶片半径越来越长，这种情况下风剪切和塔影效应对风力机的影响也越发显著。由于风剪切和塔影效应的存在，风速值在整个风轮扫掠面上处处不同，从而加剧了叶片在风轮扫掠面上所受到的空气动力载荷的周期性变化。

2. 研究内容和预期目标

本课题研究内容：1) 风力变桨系统的动态特性分析分析风机机械能在风量w作用下、自身阻力f影响下、转速能量损耗e干预下的动态特性；发电系统阶跃给定下的动态、稳态特性。

2) 风力变桨系统的模型建立风机机械能系统的结构分析、发电变桨系统动态方程式建立。

3）控制器的设计及仿真常规pid控制器的设计及仿真。

3. 研究的方法与步骤

本课题拟采用pid控制理论进行风力变桨控制系统的设计。

首先，分析风力变桨系统的动态特性，分析风机机械能在风量w作用下、自身阻力f影响下、转速能量损耗e干预下的动态特性；发电系统阶跃给定下的动态、稳态特性。

然后，进行风力变桨系统的模型结构分析与发电变桨系统动态方程式建立，再通过常规pid控制器对变桨系统控制器的设计及仿真。

4. 参考文献

[1]孔屹刚，王杰，顾浩，等. 大型风力机气动载荷分析与功率控制[j]. 太阳能学报. 2012, 33(6): 1023-1029.

[2]宋立伟，崔总泽，李子健，等. 新型双转子结构风力发电系统及其双模功率控制策略[j].中国电机工程学报. 2014,34(36):6499-6505.

[3]马祎炜， 俞俊杰， 吴国祥， 等. 双馈风力发电系统最大功率点跟踪控制策略[j].电工技术学报，2009,24(4):202-206.

5. 计划与进度安排

1）第01-03周：收集资料，知识准备并完成开题报告；

2）第04-05周：系统方案设计及可行性研究，完成机理建模；

3）第06-08周：系统硬件设计及绘图；