基于西门子杯工业自动化挑战赛的风力发电控制系统设计

西门子杯全国大学生工业自动化挑战赛工程应用型赛项高校组工程设计文件 本文档为西门子杯全国大学生工业自动化挑战赛工程应用型赛项高校组的工程设计文件，涵盖了风力发电系统的偏航控制、桨距控制、转速控制、风机全自动启动及运行状态监测等相关的控制系统设计。 一、方案设计依据、范围及相关标准 设计依据包括全国大学生西门子杯工业自动化挑战赛工程应用型赛项高校组初赛赛题及初赛细则、风力发电（WindTurbine）仿真设备用户手册、SIMATIC PCS7 使用手册及产品目录等。 设计范围包括风力发电系统的偏航控制、桨距控制、转速控制、风机全自动启动及运行状态监测等相关的控制系统设计。 设计遵循的标准及规范包括HG/T20505-2000《过程测量和控制仪表的功能标志及图形符号》、GB/T19069-2003《风力发电机组控制器技术条件》、GB/T21109-2007《过程工业领域安全仪表系统的功能安全》等多项国家标准和行业规范。 二、系统分析 系统分析包括甲方需求分析、对象特性分析、系统安全分析等方面。其中，甲方需求分析中包括偏航控制、桨距控制、转速控制、风机全自动启动等方面的控制要求。 偏航控制的设计目的是为了保证风机始终正对风向，最大限度地从风中获取能量。当风向角与风机偏航角之差超过5°时，即需要进行偏航控制。当风机偏航超过3圈（±1080°）时，需设计解缆控制程序，防止内部电缆发生缠绕。 桨距控制的设计目的是为了限制风机吸收的功率，保证机组的安全、稳定运行。当风速超过额定风速时，风机输出功率过高可能致使硬件设备受损。 转速控制的设计目的是为了最大限度地获取风能。当风速低于额定风速时，通过控制发电机转速实行最大风能追踪，以获得最大的能量。 风机全自动启动的设计目的是为了按照开机步骤实施风机全自动开车，保证机组的安全、稳定运行。 本文档涵盖了风力发电系统的偏航控制、桨距控制、转速控制、风机全自动启动及运行状态监测等相关的控制系统设计，旨在提高风力发电系统的安全性、稳定性和效率。