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风机整机试验台测控系统的研制

作　者: 苗宏
导　师: 楼云江；赵之坚
学　校: 哈尔滨工业大学
专　业: 机械电子工程
关键词: 风机试验台风轮模拟网络测控系统 PAC OPC ModBus/TCP
分类号: TM614
类　型: 硕士论文
年　份: 2010年
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内容摘要

随着全球能源危机的爆发,风力发电技术已成为新能源领域最为关注的技术之一,与之配套的风机试验台研究也成为了一个重要的研究热点。风机试验台是对风机进行综合性测试的试验设备,通过对风机功率曲线验证测试和风机在试验台环境下的并网加载测试,来检验风机的设计是否满足要求。本课题来源于风电企业项目,由于之前风机整机试验台的相关机械部分已设计完成,因此本文的主要任务是为该试验台研制一套测控系统。网络化测控是测控系统的一个重要发展方向,网络化测控能实现远程分布式测控,可极大地提高生产效率及实现信息资源共享,目前主要采用的是以现场总线为基础的专用测控系统。为此本文采用了多种工业标准现场总线以及工业测控软件接口通讯模块来研究网络测控系统的实现。本文首先明确了试验台测试的目的和性能指标,其次对试验台环境下的风轮模拟相关理论进行了深入研究,建立了风速、风力机数学模型,并且搭建了风轮模拟的软硬件环境,这样就可以保证风机在试验室环境下也能模拟现实风场。最后依托于试验台详细的软硬件设计,充分体现了先进网络测控系统的特性。在硬件设计部分,主要采用分三级设计的思想:现场分布的传感网络层、中间控制器硬件层和上层人机接口,通过工业以太网、现场总线等实现层级之间的交互连接。软件系统侧重于网络通信接口以及人机交互界面的设计,大量的工作在硬件现场总线的接口编程及调试。本文在结尾部分重点验证了风机功率曲线、风况模拟以及风机并网加载测试的相关波形数据,这些功能的验证和实现也证明了本试验台研制的成功。该系统设计理念前沿,技术先进,融入大量风力发电行业的相关技术经验和工控行业的前沿技术,是一个各方面都比较完备的系统,其中很多工作都是原创性的,对于指导风机整机试验台建设具有重要的意义,可以作为同行业相关设计者进行相关设计参考。

全文目录

摘要  4-5
Abstract  5-10
第1章绪论  10-16
  1.1 选题的背景和意义  10-11
  1.2 风机试验台国内外研究发展现状  11-13
  1.3 相关背景技术简介  13-15
    1.3.1 变速恒频风力发电基本原理简介  13-14
    1.3.2 全自动网络化测控系统的发展现状简介  14-15
  1.4 课题来源和论文的研究内容  15-16
第2章试验台系统综述及相关测试性能指标分析  16-21
  2.1 整机试验台系统综述  16-19
  2.2 试验台环境下风机需要验证的功能以及相关指标分析  19-20
    2.2.1 风机功率曲线的验证  19-20
    2.2.2 风速工况模拟验证  20
    2.2.3 风机并网发电功能验证  20
  2.3 本章小结  20-21
第3章试验台环境下风轮模拟平台研究与设计  21-35
  3.1 引言  21
  3.2 风速数学模型的建立  21-26
    3.2.1 风速特性数学模型研究  21-23
    3.2.2 各种工况风速仿真验证  23-26
  3.3 风力机数学模型建立  26-32
    3.3.1 风力机功率的输出特性曲线分析  26-29
    3.3.2 变速风机的区间控制特性  29-30
    3.3.3 试验台环境下风力机数学模型的建立  30-32
  3.4 试验台风轮机运行转速模拟  32-34
    3.4.1 风轮机运行转速模拟系统设计  32
    3.4.2 转速模拟平台软硬件的搭建  32-34
  3.5 本章小结  34-35
第4章中间层控制器硬件和风机测试工艺程序设计  35-43
  4.1 试验台主PAC控制器硬件设计  35-39
    4.1.1 CompactLogix控制器简介  35-36
    4.1.2 试验台测试系统传感信号分析  36-37
    4.1.3 PAC控制器主从站分布式硬件架构详细设计  37-39
  4.2 试验台下位PAC控制器程序设计  39-42
    4.2.1 空载拖动试验程序设计  40-41
    4.2.2 并网加载程序设计  41-42
  4.3 本章小结  42-43
第5章监控系统通讯网络研究与客户端软件开发  43-57
  5.1 试验台通讯网络系统需求及客户端软件分析  43-44
  5.2 基于OPC技术的通讯网络设计  44-48
    5.2.1 OPC技术简介  44-45
    5.2.2 风机主控系统简介  45-46
    5.2.3 基于OPC3.0 的风机监控通讯客户端软件开发  46-48
  5.3 基于ModBus/TCP协议的变流器通讯网络设计  48-53
    5.3.1 ModBus/TCP协议简介  48-50
    5.3.2 基于ModBus/TCP的变流器通讯客户端软件开发  50-53
  5.4 试验台工程师站远程监控客户端软件设计  53-56
  5.5 本章小结  56-57
第6章风机重要功能试验结果验证分析  57-65
  6.1 引言  57
  6.2 风机功率曲线数据结果验证  57-59
  6.3 重要风况模拟试验结果  59-62
  6.4 风机并网发电重要测试数据结果分析  62-64
    6.4.1 并网测试结果分析  62-63
    6.4.2 加载测试结果分析  63-64
  6.5 本章小结  64-65
结论  65-66
参考文献  66-69
攻读学位期间发表的学术论文  69-71
致谢  71

风机整机试验台测控系统的研制

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