plc海上风电变流器监测与优化系统设计(附件)【字数：13748】
摘 要摘 要中国已成为世界第一大能源消费国，以煤为主的能源结构不但带来了严重的生态环境问题，而且使我国成为世界第一大温室气体排放国。党的十八大提出了将“推动能源生产和消费革命”，反映出国家转变能源发展方式的重要性和急迫性，而且风力发电是我国目前商业化程度较高的可再生能源之一[1]，因此以风电为代表的可再生能源迎来历史性发展。由于我国过风力资源分布与电力需求的不匹配的情况，迫使沿海地区风力发电技术的发展成为必定趋势，使得近年来海上风力发电的快速发展。由于海上风力发电与内陆风力发电的环境因素不同，使得其成本相对很高，如何减少海上风力发电的成本，成为近年来突破海上风力发电技术发展瓶颈的关键。本文主要根据同济大学向大为教授的一次座谈会，提出了针对变流器故障的监测方法，快速检测出故障类型，方便检修，从而达到减少不必要的恶性故障的发生，从维修费用上减少成本。论文首先提出了选题目的与意义，并针对目前国内外海上风力发电技术进行了介绍，并提出本论文主要研究内容，其次，以双馈异步发电机为基础模型，对变流器的组成及工作原理进行了介绍，再次，总结出变流器的各种故障情况并分类，并提出小波分析的概念，引出小波包分析方法，针对小波包分析方法对变流器各种元件故障情况下的输出波形进行特征向量提取，最后，利用PLC控制技术的抗扰能力强，运行可靠的特点，根据提取出来的故障特征向量，利用PLC仿真软件，编写出故障监测程序，并进行仿真。通过仿真，验证了该方法能准确快速地识别出变流器故障类型，并对简单故障进行智能处理，能有效预防大型故障的发生。关键词海上风力发电；变流器；故障监测；小波包分析；PLC仿真ABSTRACT
Key word:Wind power technology in coastal area;Converter;Fault monitoring;Wavelet packet analysis;The simulation of Programmable Logic Controller 目 录
第一章 绪论 1
1.1 选题目的和意义 1
1.2 国内外海上风力发电现状 1
1.2.1 国外海上风力发电状况 1
1.2.2国内海上风力发电状况 3
1.3 论文主要研究内容 3
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Key word:Wind power technology in coastal area;Converter;Fault monitoring;Wavelet packet analysis;The simulation of Programmable Logic Controller 目 录
第一章 绪论 1
1.1 选题目的和意义 1
1.2 国内外海上风力发电现状 1
1.2.1 国外海上风力发电状况 1
1.2.2国内海上风力发电状况 3
1.3 论文主要研究内容 3
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第二章 海上风电系统及变流器原理 5
2.1引言 5
2.2海上风力发电机的选型 5
2.3海上风电变流器的介绍 5
2.3.1海上变流器的组成 5
2.3.2海上变流器的功能 6
2.3.3海上变流器的工作原理 7
2.3.4 海上变流器的基本要求 7
2.4 本章小结 7
第三章 海上变流器故障信息的提取及方法 8
3.1本章引言 8
3.2小波及小波包分析对比 8
3.2.1小波 8
3.2.2小波变换 9
3.2.3小波包分析 11
3.3变流器故障特征信息提取 12
3.3.1 变流器故障分类 12
3.3.2 基于小波包分析的变流器故障信息提取 14
3.4本章小结 16
第四章 PLC选型 17
4.1 PLC基本概念 17
4.2 PLC的组成及其各部分功能 17
4.2.1 PLC的组成 17
4.2.2 PLC各部分功能 18
4.3 PLC的工作原理 19
4.4 PLC选型 21
4.5 本章小结 21
第五章 基于PLC的变流器故障监测仿真 22
5.1引言 22
5.2 S71200简介 22
5.2.1 S71200结构 22
5.2.2 S71200型号对比 22
5.2.3 信号模块和信号版 23
5.2.4 通信接口 24
5.2.5 基于TIA Portal的项目建立 25
5.3基于PLC的变流器故障监测仿真梯形图 28
5.4本章小结 38
第六章 总结与展望 39
6.1总结 39
6.2展望 39
致 谢 41
参考文献 42
第一章 绪论
1.1 选题目的和意义
中国风力资源分布与电力需求存在不协调的情况[2]。对于电力的需求，在东南这些沿海地带，相对于其他地区较大，风电场接入方便，但是由于地处沿海地带，其土地资源较少，对于风电场的建设，可用土地面积有限。相比下，在电网建设相对落后的三北地区，却有着丰富的土地资源用于风力发电场的建设，而且有着充足的风力资源，对电力的需求也相对较少，但是，要将电能输送到很远的地区的成本却不可小觑。综上考虑，由于东部沿海地区不仅有着丰富的海上风电资源而且又距离城市用电中心很近，这使得海上风电技术将得到大力的发展。
然而，同济大学向大为教授曾经指出，海上风电场的每次故障，将消耗大量的人力财力，且变流器的故障频繁度名列前茅。风电变流器是风力发电机的核心装置，可以对风力发电系统进行优化，使风力发电机能在较大风速范围内达到恒定频率发电[3]，提高风机效率和运行效率，减少发电机损耗，提升风能的利用率。提高变流器的可靠性就意味着减少了成本的消耗，这使得风电变流器的监测技术成为当今的主流研究方向。
同时，PLC控制技术已成为当今控制技术的发展趋势，成为一款干性价比的控制技术。由于PLC控制技术控制方便，有着可靠的系统，已经逐步代替传统继电器控制技术，成为一款集计算机控制、自动控制技术、通信技术为一体的新型自动控制装置。他有着多种编程语言，方便程序员根据自己的需要进行选择。在传统风电控制方式上，本次设计加以优化，运用PLC控制方式，实现对风电变流器监测与优化的智能化管理，从而减少故障的发生，提高装置稳定性，减少成本[4]。
1.2 国内外海上风力发电现状
1.2.1 国外海上风力发电状况
2014年全球海上风电累计容量达到了8759MW，相 比2013年增长了24.3%。在新增装机量上，2014全球新增装机 1713MW，相比 2013年的 1567MW更进一步。 欧洲为全球海上风电发展的中心。 2014年全球新增装机容量的 1713MW中，英国、德国、比利时共占了 1483.4MW，占比 86.6%；其余为我国的 229.3MW，以及其他一些国家的小容量试点项目。
在各国的累计装机容量排名中，英国、丹麦、德国、比利时、中国、荷兰、瑞典分列前七位[5]，仅有中国为非欧洲国家。事实上截至 2014 年底全球91%（8045MW）的海上风机安装于欧洲的海域，包括北海(5,094.2 MW: 63.3%)，大西洋(1,808.6 MW: 22.5%) 以及波罗的海(1,142.5 MW:14.2%)。
截至 2014年底，英国海上风电总装机量约等于其他所有国家的总和。英国拥有 11450 公里的海岸线，海上风资源极为丰富；此外，英国拥有强大的工业基础及最为完备的海上风电供应链，可以支持其大规模的扩张。 2015 上半年英国装机 522.6MW，使总装机量突破 5GW。英国的短期目标为至 2020年完成至少 9GW，即每年最少800MW的装机。
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