【技術(shù)實(shí)現(xiàn)步驟摘要】
本專(zhuān)利技術(shù)屬于教學(xué)實(shí)驗(yàn)裝置，具體涉及一種風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的變槳系統(tǒng)先進(jìn)控制算法實(shí)驗(yàn)裝置。
技術(shù)介紹
1、風(fēng)力發(fā)電作為戰(zhàn)略性新興產(chǎn)業(yè)，受到國(guó)家和地區(qū)的高度重視，成為可再生能源發(fā)展的焦點(diǎn)。然而，實(shí)際運(yùn)行的風(fēng)電機(jī)組普遍采用的如wp3100等主控系統(tǒng)和l+b等變槳控制器存在諸多問(wèn)題。一方面，這些控制器價(jià)格較高，增加了風(fēng)力發(fā)電項(xiàng)目的成本；另一方面，它們屬于封裝模塊且集成了pid控制算法，使得先進(jìn)控制算法難以實(shí)現(xiàn)，不利于風(fēng)力發(fā)電技術(shù)在控制算法層面的研究與教學(xué)實(shí)踐。在教學(xué)場(chǎng)景中，由于現(xiàn)有設(shè)備的局限性，學(xué)生難以深入了解和實(shí)踐先進(jìn)控制算法在風(fēng)電機(jī)組變槳系統(tǒng)中的應(yīng)用。為解決上述問(wèn)題，本專(zhuān)利技術(shù)提出一種基于工控一體機(jī)的控制系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)裝置。
技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路
1、為解決上述
技術(shù)介紹
中提出的問(wèn)題。本專(zhuān)利技術(shù)提供了一種風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的變槳系統(tǒng)先進(jìn)控制算法實(shí)驗(yàn)裝置
2、(一)專(zhuān)利技術(shù)目的
3、本專(zhuān)利技術(shù)旨在設(shè)計(jì)一種2米高風(fēng)電機(jī)組的控制算法實(shí)驗(yàn)裝置，通過(guò)該裝置，在教學(xué)過(guò)程中能夠讓學(xué)生對(duì)風(fēng)電機(jī)組運(yùn)行流程以及先進(jìn)控制算法的實(shí)施有更清晰、直觀的認(rèn)識(shí)，提高教學(xué)質(zhì)量和學(xué)生實(shí)踐能力。
4、(二)風(fēng)力發(fā)電機(jī)組結(jié)構(gòu)
5、本專(zhuān)利技術(shù)的2米高風(fēng)力發(fā)電機(jī)組(如圖1所示)主要由以下部分組成：
6、塔架1：作為支撐體，承擔(dān)整個(gè)機(jī)組的重量，為風(fēng)力發(fā)電機(jī)組提供穩(wěn)定的支撐。
7、風(fēng)向標(biāo)2：用于測(cè)量風(fēng)的方向，為變槳系統(tǒng)調(diào)整槳葉角度提供風(fēng)向數(shù)據(jù)，使風(fēng)電機(jī)組能夠更好地捕捉風(fēng)能。
9、機(jī)艙4：是整個(gè)風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的核心部分，內(nèi)部包含剎車(chē)機(jī)構(gòu)7、低速軸8、齒輪箱9、變槳系統(tǒng)10、高速軸11、發(fā)電機(jī)12等關(guān)鍵設(shè)備。
10、轉(zhuǎn)子葉片5與輪轂6：共同構(gòu)成風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的風(fēng)輪。輪轂6連接轉(zhuǎn)子葉片5和低速軸8，通過(guò)轉(zhuǎn)子葉片5的轉(zhuǎn)動(dòng)帶動(dòng)低速軸8低速轉(zhuǎn)動(dòng)。
11、剎車(chē)機(jī)構(gòu)7：實(shí)現(xiàn)風(fēng)機(jī)停止運(yùn)行的功能，在風(fēng)機(jī)維護(hù)、緊急情況或不需要發(fā)電時(shí)，可通過(guò)剎車(chē)機(jī)構(gòu)使風(fēng)機(jī)停止轉(zhuǎn)動(dòng)。
12、低速軸8與高速軸11：低速軸8在轉(zhuǎn)子葉片5的帶動(dòng)下低速轉(zhuǎn)動(dòng)，齒輪箱9將高速軸11的轉(zhuǎn)速提高到低速軸8轉(zhuǎn)速的50倍，使轉(zhuǎn)速達(dá)到發(fā)電機(jī)12產(chǎn)生電能所需要的大小。
13、齒輪箱9：起到增速作用，將低速軸8的低轉(zhuǎn)速轉(zhuǎn)換為高速軸11的高轉(zhuǎn)速，滿足發(fā)電機(jī)12發(fā)電所需的轉(zhuǎn)速要求。
14、發(fā)電機(jī)12：將機(jī)械能轉(zhuǎn)化為電能，實(shí)現(xiàn)風(fēng)力發(fā)電的核心功能。
15、變槳系統(tǒng)10：根據(jù)風(fēng)力大小和方向調(diào)整槳葉角度，以獲得最大的風(fēng)能轉(zhuǎn)化效率，是風(fēng)力發(fā)電機(jī)組實(shí)現(xiàn)高效發(fā)電的關(guān)鍵部件之一。
16、(三)變槳系統(tǒng)控制算法裝置結(jié)構(gòu)
17、變槳系統(tǒng)控制算法裝置(如圖2所示)由以下部分構(gòu)成：
18、風(fēng)向標(biāo)和風(fēng)速計(jì)13：采集風(fēng)力大小和風(fēng)向測(cè)量數(shù)據(jù)，為變槳系統(tǒng)提供實(shí)時(shí)的風(fēng)力信息，是變槳系統(tǒng)調(diào)整槳葉角度的重要依據(jù)。
19、變槳電機(jī)14：負(fù)責(zé)驅(qū)動(dòng)槳葉進(jìn)行角度調(diào)整，根據(jù)控制指令實(shí)現(xiàn)槳葉角度的改變，以適應(yīng)不同的風(fēng)力條件。
20、傳感器板15：采集風(fēng)向標(biāo)和風(fēng)速計(jì)13的數(shù)據(jù)，并將其送入工控一體機(jī)17，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的傳輸和轉(zhuǎn)換，為控制算法提供數(shù)據(jù)支持。
21、電機(jī)驅(qū)動(dòng)器板16：接收工控一體機(jī)17發(fā)出的控制指令，驅(qū)動(dòng)變槳電機(jī)14工作，實(shí)現(xiàn)對(duì)槳葉角度的精確控制。
22、工控一體機(jī)17：在其中編寫(xiě)控制算法，接收傳感器板15傳來(lái)的數(shù)據(jù)，根據(jù)預(yù)設(shè)的控制算法生成控制指令，發(fā)送到電機(jī)驅(qū)動(dòng)器板16，同時(shí)自帶屏幕可方便演示變槳控制系統(tǒng)，并且集成了程序糾正系統(tǒng)和自動(dòng)評(píng)分系統(tǒng)。
23、(四)控制算法實(shí)現(xiàn)及評(píng)分機(jī)制
24、1.控制算法實(shí)現(xiàn)：該實(shí)驗(yàn)裝置控制器的輸入為實(shí)際測(cè)量槳距角，輸出為控制槳距角，目的是使實(shí)際測(cè)量槳距角盡量接近參考槳距角。以葉片a的槳距角為控制目標(biāo)，在工控一體機(jī)控制軟件里實(shí)現(xiàn)滑模控制算法為例，槳距角設(shè)定為βref，實(shí)際測(cè)量槳距角為β。滑模控制算法在工控一體機(jī)控制軟件中的實(shí)現(xiàn)代碼(c語(yǔ)言)如下所示：
25、float?sign(float?x)
26、{
27、float?y＝0.0f；
28、if(x>0.0f)
29、{
30、y＝1.0f；
31、}
32、else?if(x<0.0f)
33、{
34、y＝-1.0f；
35、}
36、returny；
37、}
38、void?smcontrol()
39、{
40、float?beta_ref,beta,e,de,pre_e,s,du,pwm；
41、float?c＝100.0f,k＝100.0f,q＝100.0f；
42、e＝beta-beta_ref；
43、de＝(e–pre_e)/0.001f；
44、pre_e＝e；
45、s＝c*e+de；
46、du＝-k*s-q*sign(s)；
47、pwm+＝du*0.001f；
48、}
49、對(duì)于其他先進(jìn)控制算法，學(xué)生通過(guò)c語(yǔ)言編程均是比較容易實(shí)現(xiàn)。
50、2.程序糾正與評(píng)分機(jī)制：工控一體機(jī)自帶程序糾正系統(tǒng)和自動(dòng)評(píng)分系統(tǒng)。學(xué)生編寫(xiě)的先進(jìn)控制算法程序點(diǎn)擊運(yùn)行后，進(jìn)入程序糾正系統(tǒng)。若程序有錯(cuò)誤，系統(tǒng)提示修正錯(cuò)誤并返回程序編寫(xiě)；若程序無(wú)錯(cuò)誤，則輸出到風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的變槳系統(tǒng)。教師可設(shè)置控制目標(biāo)，如控制誤差為±10％，若未實(shí)現(xiàn)控制目標(biāo)，學(xué)生需重新定義控制參數(shù)值，直至達(dá)到目標(biāo)后進(jìn)入自動(dòng)評(píng)分系統(tǒng)(如圖3所示)。自動(dòng)評(píng)分系統(tǒng)主要根據(jù)以下評(píng)分點(diǎn)自動(dòng)評(píng)分(如圖4所示)。
51、與現(xiàn)有技術(shù)相比，本專(zhuān)利技術(shù)的有益效果是：
52、(一)成本優(yōu)勢(shì)
53、相較于傳統(tǒng)的風(fēng)電機(jī)組主控系統(tǒng)和變槳控制器，本專(zhuān)利技術(shù)基于工控一體機(jī)的實(shí)驗(yàn)裝置成本更低，降低了教學(xué)實(shí)驗(yàn)的設(shè)備采購(gòu)成本，使更多教育機(jī)構(gòu)能夠開(kāi)展風(fēng)力發(fā)電相關(guān)實(shí)驗(yàn)教學(xué)。
54、(二)教學(xué)實(shí)踐優(yōu)勢(shì)
55、學(xué)生通過(guò)在工控一體機(jī)上編寫(xiě)和調(diào)試先進(jìn)控制算法程序，能夠深入理解風(fēng)電機(jī)組運(yùn)行流程以及先進(jìn)控制算法在變槳系統(tǒng)中的應(yīng)用，提高學(xué)生的實(shí)踐動(dòng)手能力和對(duì)專(zhuān)業(yè)知識(shí)的掌握程度。
56、工控一體機(jī)自帶的程序糾正系統(tǒng)和自動(dòng)評(píng)分系統(tǒng)，能夠及時(shí)幫助學(xué)生發(fā)現(xiàn)程序錯(cuò)誤，規(guī)范學(xué)生的實(shí)驗(yàn)操作，提高學(xué)生的編程能力和實(shí)驗(yàn)效率。同時(shí)，自動(dòng)評(píng)分系統(tǒng)能夠客觀、公正地對(duì)學(xué)生的實(shí)驗(yàn)成果進(jìn)行評(píng)價(jià)，減輕教師的教學(xué)負(fù)擔(dān)。
57、(三)算法拓展優(yōu)勢(shì)
58、本實(shí)驗(yàn)裝置支持多種先進(jìn)控制算法的實(shí)現(xiàn)，學(xué)生可以根據(jù)自己的學(xué)習(xí)需求和創(chuàng)新想法，嘗試不同的控制算法，為風(fēng)力發(fā)電控制算法的研究和創(chuàng)新提供了實(shí)踐平本文檔來(lái)自技高網(wǎng)...
【技術(shù)保護(hù)點(diǎn)】
1.一種風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的變槳系統(tǒng)先進(jìn)控制算法實(shí)驗(yàn)裝置，其特征在于，包括2米高風(fēng)力發(fā)電機(jī)組和變槳系統(tǒng)控制算法裝置：
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的變槳系統(tǒng)先進(jìn)控制算法實(shí)驗(yàn)裝置，其特征在于：所述工控一體機(jī)(17)自帶程序糾正系統(tǒng)和自動(dòng)評(píng)分系統(tǒng)，學(xué)生編寫(xiě)的先進(jìn)控制算法程序經(jīng)程序糾正系統(tǒng)判斷無(wú)錯(cuò)誤后輸出到變槳系統(tǒng)，根據(jù)教師設(shè)置的控制目標(biāo)判斷是否實(shí)現(xiàn)，實(shí)現(xiàn)后由自動(dòng)評(píng)分系統(tǒng)根據(jù)完成進(jìn)度、先進(jìn)控制算法復(fù)雜度、先進(jìn)控制算法檢測(cè)與調(diào)試進(jìn)行自動(dòng)評(píng)分。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的變槳系統(tǒng)先進(jìn)控制算法實(shí)驗(yàn)裝置，其特征在于：所述變槳系統(tǒng)中三個(gè)葉片變槳分別由三個(gè)帶變頻控制的直流電機(jī)驅(qū)動(dòng)，通過(guò)控制器同步調(diào)整動(dòng)作，電網(wǎng)故障或安全停機(jī)時(shí)，每個(gè)電機(jī)的電源由各自的后備蓄電池提供，每個(gè)葉片和電機(jī)均裝有角度編碼器，運(yùn)行中監(jiān)視變槳電機(jī)的電流和溫度，三個(gè)蓄電池循環(huán)充電控制且電壓檢測(cè)，并通過(guò)串口與主控制器通訊進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸。
【技術(shù)特征摘要】
1.一種風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的變槳系統(tǒng)先進(jìn)控制算法實(shí)驗(yàn)裝置，其特征在于，包括2米高風(fēng)力發(fā)電機(jī)組和變槳系統(tǒng)控制算法裝置：
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的變槳系統(tǒng)先進(jìn)控制算法實(shí)驗(yàn)裝置，其特征在于：所述工控一體機(jī)(17)自帶程序糾正系統(tǒng)和自動(dòng)評(píng)分系統(tǒng)，學(xué)生編寫(xiě)的先進(jìn)控制算法程序經(jīng)程序糾正系統(tǒng)判斷無(wú)錯(cuò)誤后輸出到變槳系統(tǒng)，根據(jù)教師設(shè)置的控制目標(biāo)判斷是否實(shí)現(xiàn)，實(shí)現(xiàn)后由自動(dòng)評(píng)分系統(tǒng)根據(jù)完成進(jìn)度、先進(jìn)控制算法復(fù)雜度...
【專(zhuān)利技術(shù)屬性】
技術(shù)研發(fā)人員：羅小鎖，
申請(qǐng)(專(zhuān)利權(quán))人：重慶第二師范學(xué)院，
類(lèi)型：發(fā)明
國(guó)別省市：
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