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工学学士学位论文基于组态王的风力发电机状态监测专业名称电气工程及其自动化学生姓名郑士国指导老师张继勇扬州大学2012年5月摘要:针对我国目前电力资源短缺和当前可再生能源开发的迫切需要,大力发展风电，不仅是能源开发的需要，也是环境保护的需要。因此，对于风力发电机及其状态监测有着重要的现实意义。本文在分析和研究风力发电原理与应用的基础上，设计了一套完整的风力发电机实时监测方案并且付诸实现。本设计采用S7-200可编程控制器通过电压、电流以及温度传感器进行数据采集，通过GPRS无线通讯进行数据传输，采用组态王软件对风力发电机的三相电压、三相电流、直流母线电压、温度进行监测并完成故障异常报警，并存储历史数据进行数据分析等，最后证明该监测系统能够完成对整个风机的有效监测。关键词：风力发电，状态监测，PLC，组态王，GPRSAbstract:AccordingtothecurrentpowershortageofresourcesandtheneedtotaprenewableenergyinChina，developingthewindpowervigorouslyistheneedofenergydevelopmentaswellastheneedforenvironmentprotection.Therefore，themonitoringofthewind-drivengeneratoranditsmonitoringholdsgreaterpracticalsignificance.Inthispaper，awholesetofreal-timemonitoringofwind-drivengeneratorschemeisdesignedandputintopracticeonthebasisofanalyzingandstudyingtheprincipleandapplicationofthewindpower.ThisdesignadoptsthemachineofS7-200PLC.Weusethevoltage，currentandthetemperaturesensorfordatagathering，theGPRSwirelessfordatatransmission.AndtheKingviewisadoptedtomonitorthree-phasevoltage，three-phasecurrent，dc-busvoltageandtemperatureandtorealizefailureexceptionalerts,togetherwithstoringdatarecordfordataanalysis.Andfinallyprovethesurveillancesystemiscapableofeffectivelymonitoringthewind-drivengenerator.Keywords:wind-drivengeneratorscheme,conditionmonitoring,PLC，Kingview,GPRS目录第一章绪论.........................................................1一、课题背景及研究意义.........................................1（一）、风能的利用及发展前景..................................1（二）、国内外风力发电状况....................................1（三）、风力发电的优势及存在问题..............................3二、风力发电系统的发展及现状...................................3三、本论文主要研究工作..........................................4第二章研究课题概述.................................................5一、研究对象概述...............................................5（一）、双馈风力发电机的组成及结构............................5（二）、双馈风力发电机的参数..................................6（三）、研究对象及结果预计....................................6二、可编程控制器（PLC）概述....................................7三、组态王软件概述.............................................8四、无线通讯概述...............................................10第三章风力发电机状态监测方案设计.................................13一、监测系统总体设计...........................................13二、系统监测流程设计...........................................14第四章风力发电机监测系统硬件设计..................................15一、PLC的硬件设计.............................................16（一）、PLC的选型...........................................16（二）、S7-200PLC的CPU选择.................................17（三）、PLC的I/O口配置.....................................17（四）、PLC端口进行设计....................................18（五）、PLC的接线方案.......................................19（六）、扩展模块的选择......................................19二、传感器的选型...............................................20（一）、电流传感器的选型....................................20（二）、电压传感器的选型....................................21（三）、温度传感器的选型.....................................23三、GPRS选型..................................................24（一）、功能特性............................................25（二）、技术规格............................................25（三）、适用领域............................................26第五章监测系统的软件设计及调试....................................28一、PLC软件程序的设计及调试...................................28二、GPRS无线通讯传输的实现....................................29（一）、将PPI通讯转变为自由端口模式........................29（二）、GPRS的发送与接收PLC程序梯形图....................29（三）、GPRS的参数设定....................................31（四）、在组态王上设置GPRS的通讯口.........................31三、组态王的界面的设计及显示...................................36（一）、组态王6.52软件GPRS通讯流程图.....................36（二）、组态王数据词典的定义及参数设定.....................36（三）、组态王界面设计......................................37第五章总结........................................................39第六章致谢........................................................41第七章参考文献....................................................42第一章绪论一、课题背景及研究意义（一）、风能的利用及发展前景风能是指太阳辐射造成地球各部分受热不均匀，引起各地温差和气压不同，导致空气运动而产生的能量。风力发电是利用风力带动风车叶片旋转，再透过增速机将旋转的速度提升，来促使发电机发电。依据目前的风车技术，大约是每秒三公尺的微风速度（微风的程度），便可以开始发电。风能是最有发展前景的一种洁净能源，是一种绿色再生能源。它可以取之不尽，用之不竭。风能的利用，从古时候的风车开始发展到现在的风力发电，足以说明人类科学技术的进步。进入20世纪以来，人们无节制的开采石油、煤炭、天然气等人们赖以生存的化石能源，不仅严重污染了我们的生存空间，而且破坏了自然环境。风能作为可再生能源，取之不尽，用之不竭，并且不受价格的影响，到2003年3月，全球风力发电装机已超过40GW（70%以上在欧洲），近几年每年都以30~40%的速度递增。由于技术设备越来越先进，成本会越来越低。去年风能发电平均每千瓦时的成本费用在强风区是4美分，弱风区为6美分。而20世纪80年代成本为80美分。研究人员预计，随着技术设备的改善，成本还可以再减少30％到50％。目前我国投资超过160亿元的风能发电计划已经出台，拟在全国范围选择20个10万千瓦以上的大型风电场。国外兆瓦级水平轴风力发电机组已经相当成熟，目前国内大都引进国外的技术，进行风场建设，对于国内自主创新，拥有自己的知识产权，具有相当大局限性。所以，国内目前有几家风电公司正在着力发展自主知识产权的垂直轴风力发电机组，以赶超和引领世界先进水平。（二）、国内外风力发电状况我国是世界上利用风力最早的国家之一，风能利用历史可追溯到公元前，但进行风力发电科研的工作起步较晚，风力发电在中国得到迅速发展是20世纪80年代的事情，至今已经建成了一大批风力发电场。自20世纪60年代初开始，我国先后研制了100w、1kw、10kw、55kw、220kw的风力机几十种，从70年代末期我国开始自行开发多种微型（100w～1kw）充电用的风电机组，并在牧区和海岛得到迅速推广，而且逐步形成产业，有些产品还销售到国外市场。我国六五期间贯彻小型为主方针，先后在内蒙、新疆、山东、青海、西藏、浙江、福建、江苏、甘肃、广西、辽宁、黑龙江等省、自治区建设了风能开发与研究试点工作。到20世纪80年代末，我国小型风机装机容量达6.7Mw，年发电量为6.3Gwh时，中大型风力机的研究与制造也已逐步开始。目前，我国小型风力发电技术十分成熟，建设进展较快，特别是5kw以下机组的制造技术已成熟，并进行大量的推广使用，形成批量生产。100、150、200、300、500w及1、2、5kw的小型风力发电机，年生产能力达到3万台以上，销售量最大的是100～300w的风电机组。我国大型风力发电机组的研究制