一、實驗目的
1. 了解恆速變槳距風力發電機組偏航系統的工作原理
2. 熟悉並掌握恆速變槳距風力發電機組偏航的控制過程
二、實驗內容
1. 學習風力發電機組偏航系統的工作原理
2. 掌握恆速變槳距風力發電機組偏航的控制過程
3. 編寫風力發電機組偏航的控制程式，實現風機正確偏航
三、實驗步驟
1. 偏航及偏航系統的工作原理
偏航主要有兩個功能：一是使風輪跟蹤變化穩定的風向，通過控制風輪的迎風面始終與風向垂直實現最大限度捕獲風能；二是當風力發電機組由於偏航作用，機艙內引出的電纜發生纏繞時，自動解除纏繞。風力發電機組無論處於執行狀態還是待機狀態（風速》4m/s），均要求能主動對風。
偏航系統是一隨動系統，當風向與風輪軸線偏離乙個角度時，控制系統經過一段時間的確認後，會控制偏航電動機將風輪調整到與風向一致的方位。偏航控制系統框圖如下圖4-1所示：
圖3-1 偏航控制系統框圖
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就偏航控制本身而言，對響應速度和控制精度並沒有要求，但在對風過程中風力發電機組是作為乙個整體轉動的，具有很大的轉動慣量，從穩定性考慮，需要設定足夠的阻尼。
在風輪前部或機艙一側，裝有風向儀（風標），當風力發電機組的航向（風輪主軸的方向）與風標指向偏離時，控制器開始計時。偏航時間達到一定值時，即認為風向已改變，控制器發出向左或向右調向的指令，直到偏差消除。
有多種方式可以監視電纜纏繞情況，除了在控制軟體上編入調向計數程式外，還可在電纜處直接安裝感測器，最簡單的感測器是乙個行程開關，將其觸點與電纜束連線，當電纜束隨機艙轉動到一定程度即拉動開關。
2. 掌握風力發電機組的偏航控制過程
偏航控制主要分為手動偏航和自動偏航。手動偏航是指人為的對風機偏航方向進行控制，通過更改左右偏航的設定值即可，請注意在給偏航訊號置1後，要及時復位，否則容易造成左右偏航訊號同時為1導致偏航控制紊亂；自動偏航主要是通過計算風向角與偏航角的差值大小來區分如何快速解纜、快速對風，這就需要對整個風機的偏航控制要有乙個較深的理解。風機的偏航流程圖如圖3-2所示：
圖3-2 偏航流程圖
3. 偏航控制的程式設計
（1）根據上面的流程圖，編寫偏航控制程式，本示例程式用scl語言實現了手動偏航與自動偏航。
手動偏航時通過人為給出偏航訊號，使風機按照預想的方向進行偏航；自動偏航時通過測試風速和風向，通過判定風速的大小是否達到最小風速的要求來決定是否偏航，通過計算風向角與偏航角的差值來決定偏航的方式。因為在其他程式段中會用到此偏航程式裡的某些值，因此，使用帶背景資料塊的fb功能塊實現偏航程式，輸入端設定了自動使能、風速、風向角、偏航角、偏航容許誤差、手動左偏航、手動右偏航等介面；輸出端設定了左偏航、右偏航、風向角與偏航角的差值等介面；設定乙個靜態變數來暫存風向角與偏航角的差值，用於判定偏航的方式。各界面設定如圖3-3所示：
圖3-3 偏航程式功能塊的埠設定
(2)程式設計**（只考慮一圈之內的偏航）如圖3-4：
圖3-4 程式設計**
（3）編譯、呼叫後的功能塊如圖3-5所示：
將風速轉換成我們可以實現的範圍內：
設定風向的範圍：
偏航角範圍設定（這裡設為5圈）：
圖3-5 偏航程式呼叫及變數連線
（4）呼叫後，應在ob100中對以下三個位號賦初值，程式如圖3-6所示：
圖3-6 偏航程式變數初始化
（5）在wincc畫面中進行偏航系統的監控組態，如下圖所示：
（a）圖3—7（b）
四、思考題
1、風力發電機組偏航系統的工作原理是什麼？
工作原理：通過風感測器將風向的變化傳遞到偏航電機控制迴路的處理器裡，判斷後決定偏航方向和偏航角度，最終達到對風目的。為減少偏航時的陀螺力矩，電機轉速將通過同軸聯接的減速器減速後，將偏航力矩作用在迴轉體大齒輪上，帶動風輪偏航對風。
當對風結束後，風感測器失去電訊號，電機停止工作，偏航過程結束。
2、 風力發電機組的偏航過程是怎樣的？
在實際的偏航控制中，帶有解纜感測器的自動偏航控制過程分析：連續一段時間檢測風向情況；根據自動偏航風向標感測器ass訊號給出偏航控制指令。當ass=00時，表明機艙己處於對風位置；若ass=11，則表明進行的是鈍角偏航，為了有效地防止電纜纏繞，讀上次鈍角偏航方向並取其反方向，記錄此次偏航方向；若ass=01，設定偏航電機正轉，若ass＝10，設定偏航電機反轉；偏航電機工作後啟動偏航計時器計時，控制偏航電機運轉一定時間，再判斷ass是否為00，若ass=00，表明機艙已對風，否則判斷計時時間是否超過偏轉360度所需時間，若計時時間超過偏轉360度所需時間偏航電機仍未停止工作，則停止偏航，向中心控制器發出安全停機訊號和風向標故障訊號。
若ass＝00，偏航計時時間不超過偏轉360度所需時間時，控制偏航電機繼續運轉，直到ass=00，向中心控制器發出自動偏航完成訊號並復位自動偏航標誌位。
人工偏航控制過程如下：首先檢測人工偏航起停訊號。若此時有人工偏航訊號，再檢測此時系統是否正在進行偏航操作。
若此時系統無偏航操作，封鎖自動偏航操作，若系統此時正在進行偏航，清除自動偏航控制標誌；然後讀取人工偏航方向訊號，判斷與上次人工偏航方向是否一致，若一致，松偏航閘，控制偏航電機運轉，執行人工偏航；若不一致，停止偏航電機工作，保持偏航閘為松閘狀態，向相反方向進行運轉並記錄轉向，直到檢測到相應的人工偏航停止訊號出現，停止偏航電機工作，抱閘，清除人工偏航標誌。
3、 為什麼要在ob100中給m1.3、m0.6、m0.
7賦初值（如圖3-5所示）？如果不初始化，會出現什麼樣的後果？若不在ob100中進行初始化，還能在什麼地方對所要初始化的位址賦初值或復位、置位？
當cpu 的狀態由停止態轉入執行態時，作業系統都呼叫ob100。當ob100執行結束後，作業系統呼叫ob1。利用ob100先於ob1執行的特性，可以為使用者主程式的執行準備初始變數或引數。
如果不初始化，系統會不斷地工作下去，不斷地迴圈。
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風力發電機組驗收試驗報告
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