論述PLC 的風電機組控制系統設計
作者:黃建鵬時間:2015-11-23 13:49:09 來源:www.vortexsignal.com 閱讀次數:1350次 ]
【文章摘要】
由于風力發電機基本上都是在自然環境比較惡劣的以及沒有人看守的前提下運行的，所以，對于風力發電機的控制具有比較高的要求。通過合理的對機組的控制特征以及要求進行分析，對于開關信號而言，其包括了控制系統所處理的輸出和輸入信號，為此， 采用PLC 的風電機組有利于風電機組控制系統的要求。
【關鍵詞】
PLC; 風電機組; 控制系統
0 前言
緊跟著經濟的不斷進步，全球對于能源的需求日益增加，常規能源也因此面臨著枯竭的難題，為此，當前急需一些比較可再生、清潔、沒有污染的能源取代常規能源。當前，在比較多的新能源中，風能占有一定的優勢，而且在新能源開發的領域中，風能處于比較突出的地位，因此，受到世界各國的重視。緊跟著風能發電的不斷應用，風電控制的相關內容已經成為熱門的話題。
1 風電機組控制系統相關內容
對于風電機組控制系統而言，主要有以下構成部分：上位機監視系統、并網控制器、功率控制系統、偏航系統、變槳距系統、數據采集接口、PLC 系統。其中，PLC 是風電機組控制系統的關鍵部分，PLC 和風電機組的相關部分都有著十分緊密的關系，進而能夠確保風電機組的安全及其效率。
對于風電機組而言，大部分都是在環境比較惡劣的前提下運行的，所以要求分風電機組控制系統具備一定的可靠性以及抗干擾能力。在風電機組運行過程中， 要準確的對參數進行測量以及合理的對策略進行控制，進而能夠準確的判斷出故障的所在地以及能夠及時對故障進行處理。因為在風電機組控制中具備比較多的順序控制，而且在控制的過程中要對參數中一定量的開關量信號進行合理的處理， 為此，合理的對風電機組的控制特征以及要求進行分析，從而能夠選擇能夠滿足風電機組控制系統要求的PLC 控制。
2 合理設計軟件
因為要進行遠程監控和無人值守，所以要自動對風機進行控制，其中，控制的主要對象有：對運行狀態進行監測，在運行風機的時候，反饋信號、機組狀態參數、風力參數、監測電力參數等，從而確保機組能夠穩定的運行；在風機自動運行的時候，要根據運行的相關步驟采取風機全自動開車，進而能夠確保開車能夠穩定進行；對槳距進行控制，從而確保機組能夠穩定、安全運行；對偏航進行控制，從而確保風機正對著風向而得到最多的風能。當出現風速要比啟動風速要低、并網故障、剎車故障等情況的時候，要立刻對風機進行停機操作。
2.1 控制的相關策略
當啟動風機的時候，風輪的槳葉是不動的，其槳距的角度應為90°，因為在這個過程中氣流 不會對槳葉產生轉矩，所以槳葉實質上就是阻尼板。當風速與啟動風速一致的時候，槳葉會向0°轉動，從而通過氣流對槳葉所產生的功角，促使風輪的轉動。當發電機并入到電網之前，發電機轉速信號將會控制槳距系統中的槳距角的給定值。同時，轉速控制器會根據發電機轉速的快慢，合理的對槳距角設定值進行改變，而變槳距系統則會按照給出的槳距角的參考值，有效的對速度進行控制并對槳距角進行調整。
當風速大于等于額定風速的時候，風電機組將會處于額定功率狀態。同時，轉速控制也會變成功率控制，而且變槳距系統將會控制發電機的功率所發出的信號。額定功率即是控制信號給定值恒定。給定值與功率反饋信號進行對比時，如果功率超過額定功率，槳葉槳距就會轉向迎風面積正在變少的方向；如果功率沒有超過額定功率，槳葉槳距就會轉向迎風面積正在增加的方向。
2.2 合理控制風機啟動
當風機啟動的時候，要采用風速儀對風速進行測量，并對風速的大小進行判斷，當風速大于啟動風速的時候，要啟動風機；當風速小于啟動風速的時候，要繼續對風速進行測量。在啟動風機的時候， 要有效的控制偏航，從而能夠有效的將槳距角調到零度以及確保風機能夠正面迎風。在對風機的轉速進行監測的時候，當風機的轉速到達切入轉速的時候，就能夠實行并網發電。
2.3 合理控制偏航
合理控制偏航的目的在于確保風機能夠在迎面對著風向的時候，能夠得到最大化的風能，在實際應用當中，如果偏航角和風向角的差額不超過15°的時候，就可以認定風機是迎面對著風向的。對控制算法進行設計的時候，要遵循快捷進行控制的原則進行設計，從而能夠更好的避免在執行時所出現的繁瑣動作。
如果電纜纏繞了多達兩圈，要立刻采取解纜控制，從而確保風電機組能夠安全的運行。同時，在進行解纜的時候風電機組要采用正常停機的方式，并要采用自動偏航后才能合理的進行解纜。
2.4 合理控制風機停機
如果風機發生故障，比如，當傳動系統冷卻水的溫度比較高、風機的溫度比較高、槳距系統的液壓油位比較低等的時候，要及時發出停機警告，從而促使風機停機。如果發現風速超出相關限度的時候，由于風機的各個環節會受到一定的限制，所以一定要脫網停機。在停機的時候， 要及時把槳距角調整到90° , 確保停機時的安全性。
2.5 合理控制槳距
在風機并網滯后，要憑借對槳距角的調節去調節發電機輸出的功率，如果額定功率小于實際功率的時候，PLC 的模擬輸出單元CJ1W-DA021 輸出和功率之間的差距成為比例的信號，如果功率偏差低于0 的時候，要憑借進槳來促使功率的增加， 同時，如果功率的偏差在-5 且+5 的時候， 不能夠實行變槳，從而能夠避免過度頻繁的進行變槳。
3 結語
綜上所述，根據風電機組控制系統的要求，合理設計PLC 的風電機組控制系統能夠遵循高效益、高效率、低成本的目的。通過運用PLC 控制，能夠確保控制系統性能的穩定，從而對于機組成本的降低以及效率提高具有不容忽視的作用。
【參考文獻】
[1] 金利祥, 張德華, 陳紹聶, 呂征宇. 基于PLC 的風力發電機組控制系統研究[J]. 機電工程,2012
[2] 來長勝, 耿未. 基于PLC 的風電機組控制系統設計[J]. 電力學報,2013
由于風力發電機基本上都是在自然環境比較惡劣的以及沒有人看守的前提下運行的，所以，對于風力發電機的控制具有比較高的要求。通過合理的對機組的控制特征以及要求進行分析，對于開關信號而言，其包括了控制系統所處理的輸出和輸入信號，為此， 采用PLC 的風電機組有利于風電機組控制系統的要求。
【關鍵詞】
PLC; 風電機組; 控制系統
0 前言
緊跟著經濟的不斷進步，全球對于能源的需求日益增加，常規能源也因此面臨著枯竭的難題，為此，當前急需一些比較可再生、清潔、沒有污染的能源取代常規能源。當前，在比較多的新能源中，風能占有一定的優勢，而且在新能源開發的領域中，風能處于比較突出的地位，因此，受到世界各國的重視。緊跟著風能發電的不斷應用，風電控制的相關內容已經成為熱門的話題。
1 風電機組控制系統相關內容
對于風電機組控制系統而言，主要有以下構成部分：上位機監視系統、并網控制器、功率控制系統、偏航系統、變槳距系統、數據采集接口、PLC 系統。其中，PLC 是風電機組控制系統的關鍵部分，PLC 和風電機組的相關部分都有著十分緊密的關系，進而能夠確保風電機組的安全及其效率。
對于風電機組而言，大部分都是在環境比較惡劣的前提下運行的，所以要求分風電機組控制系統具備一定的可靠性以及抗干擾能力。在風電機組運行過程中， 要準確的對參數進行測量以及合理的對策略進行控制，進而能夠準確的判斷出故障的所在地以及能夠及時對故障進行處理。因為在風電機組控制中具備比較多的順序控制，而且在控制的過程中要對參數中一定量的開關量信號進行合理的處理， 為此，合理的對風電機組的控制特征以及要求進行分析，從而能夠選擇能夠滿足風電機組控制系統要求的PLC 控制。
2 合理設計軟件
因為要進行遠程監控和無人值守，所以要自動對風機進行控制，其中，控制的主要對象有：對運行狀態進行監測，在運行風機的時候，反饋信號、機組狀態參數、風力參數、監測電力參數等，從而確保機組能夠穩定的運行；在風機自動運行的時候，要根據運行的相關步驟采取風機全自動開車，進而能夠確保開車能夠穩定進行；對槳距進行控制，從而確保機組能夠穩定、安全運行；對偏航進行控制，從而確保風機正對著風向而得到最多的風能。當出現風速要比啟動風速要低、并網故障、剎車故障等情況的時候，要立刻對風機進行停機操作。
2.1 控制的相關策略
當啟動風機的時候，風輪的槳葉是不動的，其槳距的角度應為90°，因為在這個過程中氣流 不會對槳葉產生轉矩，所以槳葉實質上就是阻尼板。當風速與啟動風速一致的時候，槳葉會向0°轉動，從而通過氣流對槳葉所產生的功角，促使風輪的轉動。當發電機并入到電網之前，發電機轉速信號將會控制槳距系統中的槳距角的給定值。同時，轉速控制器會根據發電機轉速的快慢，合理的對槳距角設定值進行改變，而變槳距系統則會按照給出的槳距角的參考值，有效的對速度進行控制并對槳距角進行調整。
當風速大于等于額定風速的時候，風電機組將會處于額定功率狀態。同時，轉速控制也會變成功率控制，而且變槳距系統將會控制發電機的功率所發出的信號。額定功率即是控制信號給定值恒定。給定值與功率反饋信號進行對比時，如果功率超過額定功率，槳葉槳距就會轉向迎風面積正在變少的方向；如果功率沒有超過額定功率，槳葉槳距就會轉向迎風面積正在增加的方向。
2.2 合理控制風機啟動
當風機啟動的時候，要采用風速儀對風速進行測量，并對風速的大小進行判斷，當風速大于啟動風速的時候，要啟動風機；當風速小于啟動風速的時候，要繼續對風速進行測量。在啟動風機的時候， 要有效的控制偏航，從而能夠有效的將槳距角調到零度以及確保風機能夠正面迎風。在對風機的轉速進行監測的時候，當風機的轉速到達切入轉速的時候，就能夠實行并網發電。
2.3 合理控制偏航
合理控制偏航的目的在于確保風機能夠在迎面對著風向的時候，能夠得到最大化的風能，在實際應用當中，如果偏航角和風向角的差額不超過15°的時候，就可以認定風機是迎面對著風向的。對控制算法進行設計的時候，要遵循快捷進行控制的原則進行設計，從而能夠更好的避免在執行時所出現的繁瑣動作。
如果電纜纏繞了多達兩圈，要立刻采取解纜控制，從而確保風電機組能夠安全的運行。同時，在進行解纜的時候風電機組要采用正常停機的方式，并要采用自動偏航后才能合理的進行解纜。
2.4 合理控制風機停機
如果風機發生故障，比如，當傳動系統冷卻水的溫度比較高、風機的溫度比較高、槳距系統的液壓油位比較低等的時候，要及時發出停機警告，從而促使風機停機。如果發現風速超出相關限度的時候，由于風機的各個環節會受到一定的限制，所以一定要脫網停機。在停機的時候， 要及時把槳距角調整到90° , 確保停機時的安全性。
2.5 合理控制槳距
在風機并網滯后，要憑借對槳距角的調節去調節發電機輸出的功率，如果額定功率小于實際功率的時候，PLC 的模擬輸出單元CJ1W-DA021 輸出和功率之間的差距成為比例的信號，如果功率偏差低于0 的時候，要憑借進槳來促使功率的增加， 同時，如果功率的偏差在-5 且+5 的時候， 不能夠實行變槳，從而能夠避免過度頻繁的進行變槳。
3 結語
綜上所述，根據風電機組控制系統的要求，合理設計PLC 的風電機組控制系統能夠遵循高效益、高效率、低成本的目的。通過運用PLC 控制，能夠確保控制系統性能的穩定，從而對于機組成本的降低以及效率提高具有不容忽視的作用。
【參考文獻】
[1] 金利祥, 張德華, 陳紹聶, 呂征宇. 基于PLC 的風力發電機組控制系統研究[J]. 機電工程,2012
[2] 來長勝, 耿未. 基于PLC 的風電機組控制系統設計[J]. 電力學報,2013
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