论述PLC 的风电机组控制系统设计
作者:黄建鹏时间:2015-11-23 13:49:09 来源:www.ksfbw.com 阅读次数:1216次 ]
【文章摘要】
由于风力发电机基本上都是在自然环境比较恶劣的以及没有人看守的前提下运行的，所以，对于风力发电机的控制具有比较高的要求。通过合理的对机组的控制特征以及要求进行分析，对于开关信号而言，其包括了控制系统所处理的输出和输入信号，为此， 采用PLC 的风电机组有利于风电机组控制系统的要求。
【关键词】
PLC; 风电机组; 控制系统
0 前言
紧跟着经济的不断进步，全球对于能源的需求日益增加，常规能源也因此面临着枯竭的难题，为此，当前急需一些比较可再生、清洁、没有污染的能源取代常规能源。当前，在比较多的新能源中，风能占有一定的优势，而且在新能源开发的领域中，风能处于比较突出的地位，因此，受到世界各国的重视。紧跟着风能发电的不断应用，风电控制的相关内容已经成为热门的话题。
1 风电机组控制系统相关内容
对于风电机组控制系统而言，主要有以下构成部分：上位机监视系统、并网控制器、功率控制系统、偏航系统、变桨距系统、数据采集接口、PLC 系统。其中，PLC 是风电机组控制系统的关键部分，PLC 和风电机组的相关部分都有着十分紧密的关系，进而能够确保风电机组的安全及其效率。
对于风电机组而言，大部分都是在环境比较恶劣的前提下运行的，所以要求分风电机组控制系统具备一定的可靠性以及抗干扰能力。在风电机组运行过程中， 要准确的对参数进行测量以及合理的对策略进行控制，进而能够准确的判断出故障的所在地以及能够及时对故障进行处理。因为在风电机组控制中具备比较多的顺序控制，而且在控制的过程中要对参数中一定量的开关量信号进行合理的处理， 为此，合理的对风电机组的控制特征以及要求进行分析，从而能够选择能够满足风电机组控制系统要求的PLC 控制。
2 合理设计软件
因为要进行远程监控和无人值守，所以要自动对风机进行控制，其中，控制的主要对象有：对运行状态进行监测，在运行风机的时候，反馈信号、机组状态参数、风力参数、监测电力参数等，从而确保机组能够稳定的运行；在风机自动运行的时候，要根据运行的相关步骤采取风机全自动开车，进而能够确保开车能够稳定进行；对桨距进行控制，从而确保机组能够稳定、安全运行；对偏航进行控制，从而确保风机正对着风向而得到最多的风能。当出现风速要比启动风速要低、并网故障、刹车故障等情况的时候，要立刻对风机进行停机操作。
2.1 控制的相关策略
当启动风机的时候，风轮的桨叶是不动的，其桨距的角度应为90°，因为在这个过程中气流 不会对桨叶产生转矩，所以桨叶实质上就是阻尼板。当风速与启动风速一致的时候，桨叶会向0°转动，从而通过气流对桨叶所产生的功角，促使风轮的转动。当发电机并入到电网之前，发电机转速信号将会控制桨距系统中的桨距角的给定值。同时，转速控制器会根据发电机转速的快慢，合理的对桨距角设定值进行改变，而变桨距系统则会按照给出的桨距角的参考值，有效的对速度进行控制并对桨距角进行调整。
当风速大于等于额定风速的时候，风电机组将会处于额定功率状态。同时，转速控制也会变成功率控制，而且变桨距系统将会控制发电机的功率所发出的信号。额定功率即是控制信号给定值恒定。给定值与功率反馈信号进行对比时，如果功率超过额定功率，桨叶桨距就会转向迎风面积正在变少的方向；如果功率没有超过额定功率，桨叶桨距就会转向迎风面积正在增加的方向。
2.2 合理控制风机启动
当风机启动的时候，要采用风速仪对风速进行测量，并对风速的大小进行判断，当风速大于启动风速的时候，要启动风机；当风速小于启动风速的时候，要继续对风速进行测量。在启动风机的时候， 要有效的控制偏航，从而能够有效的将桨距角调到零度以及确保风机能够正面迎风。在对风机的转速进行监测的时候，当风机的转速到达切入转速的时候，就能够实行并网发电。
2.3 合理控制偏航
合理控制偏航的目的在于确保风机能够在迎面对着风向的时候，能够得到最大化的风能，在实际应用当中，如果偏航角和风向角的差额不超过15°的时候，就可以认定风机是迎面对着风向的。对控制算法进行设计的时候，要遵循快捷进行控制的原则进行设计，从而能够更好的避免在执行时所出现的繁琐动作。
如果电缆缠绕了多达两圈，要立刻采取解缆控制，从而确保风电机组能够安全的运行。同时，在进行解缆的时候风电机组要采用正常停机的方式，并要采用自动偏航后才能合理的进行解缆。
2.4 合理控制风机停机
如果风机发生故障，比如，当传动系统冷却水的温度比较高、风机的温度比较高、桨距系统的液压油位比较低等的时候，要及时发出停机警告，从而促使风机停机。如果发现风速超出相关限度的时候，由于风机的各个环节会受到一定的限制，所以一定要脱网停机。在停机的时候， 要及时把桨距角调整到90° , 确保停机时的安全性。
2.5 合理控制桨距
在风机并网滞后，要凭借对桨距角的调节去调节发电机输出的功率，如果额定功率小于实际功率的时候，PLC 的模拟输出单元CJ1W-DA021 输出和功率之间的差距成为比例的信号，如果功率偏差低于0 的时候，要凭借进桨来促使功率的增加， 同时，如果功率的偏差在-5 且+5 的时候， 不能够实行变桨，从而能够避免过度频繁的进行变桨。
3 结语
综上所述，根据风电机组控制系统的要求，合理设计PLC 的风电机组控制系统能够遵循高效益、高效率、低成本的目的。通过运用PLC 控制，能够确保控制系统性能的稳定，从而对于机组成本的降低以及效率提高具有不容忽视的作用。
【参考文献】
[1] 金利祥, 张德华, 陈绍聂, 吕征宇. 基于PLC 的风力发电机组控制系统研究[J]. 机电工程,2012
[2] 来长胜, 耿未. 基于PLC 的风电机组控制系统设计[J]. 电力学报,2013
由于风力发电机基本上都是在自然环境比较恶劣的以及没有人看守的前提下运行的，所以，对于风力发电机的控制具有比较高的要求。通过合理的对机组的控制特征以及要求进行分析，对于开关信号而言，其包括了控制系统所处理的输出和输入信号，为此， 采用PLC 的风电机组有利于风电机组控制系统的要求。
【关键词】
PLC; 风电机组; 控制系统
0 前言
紧跟着经济的不断进步，全球对于能源的需求日益增加，常规能源也因此面临着枯竭的难题，为此，当前急需一些比较可再生、清洁、没有污染的能源取代常规能源。当前，在比较多的新能源中，风能占有一定的优势，而且在新能源开发的领域中，风能处于比较突出的地位，因此，受到世界各国的重视。紧跟着风能发电的不断应用，风电控制的相关内容已经成为热门的话题。
1 风电机组控制系统相关内容
对于风电机组控制系统而言，主要有以下构成部分：上位机监视系统、并网控制器、功率控制系统、偏航系统、变桨距系统、数据采集接口、PLC 系统。其中，PLC 是风电机组控制系统的关键部分，PLC 和风电机组的相关部分都有着十分紧密的关系，进而能够确保风电机组的安全及其效率。
对于风电机组而言，大部分都是在环境比较恶劣的前提下运行的，所以要求分风电机组控制系统具备一定的可靠性以及抗干扰能力。在风电机组运行过程中， 要准确的对参数进行测量以及合理的对策略进行控制，进而能够准确的判断出故障的所在地以及能够及时对故障进行处理。因为在风电机组控制中具备比较多的顺序控制，而且在控制的过程中要对参数中一定量的开关量信号进行合理的处理， 为此，合理的对风电机组的控制特征以及要求进行分析，从而能够选择能够满足风电机组控制系统要求的PLC 控制。
2 合理设计软件
因为要进行远程监控和无人值守，所以要自动对风机进行控制，其中，控制的主要对象有：对运行状态进行监测，在运行风机的时候，反馈信号、机组状态参数、风力参数、监测电力参数等，从而确保机组能够稳定的运行；在风机自动运行的时候，要根据运行的相关步骤采取风机全自动开车，进而能够确保开车能够稳定进行；对桨距进行控制，从而确保机组能够稳定、安全运行；对偏航进行控制，从而确保风机正对着风向而得到最多的风能。当出现风速要比启动风速要低、并网故障、刹车故障等情况的时候，要立刻对风机进行停机操作。
2.1 控制的相关策略
当启动风机的时候，风轮的桨叶是不动的，其桨距的角度应为90°，因为在这个过程中气流 不会对桨叶产生转矩，所以桨叶实质上就是阻尼板。当风速与启动风速一致的时候，桨叶会向0°转动，从而通过气流对桨叶所产生的功角，促使风轮的转动。当发电机并入到电网之前，发电机转速信号将会控制桨距系统中的桨距角的给定值。同时，转速控制器会根据发电机转速的快慢，合理的对桨距角设定值进行改变，而变桨距系统则会按照给出的桨距角的参考值，有效的对速度进行控制并对桨距角进行调整。
当风速大于等于额定风速的时候，风电机组将会处于额定功率状态。同时，转速控制也会变成功率控制，而且变桨距系统将会控制发电机的功率所发出的信号。额定功率即是控制信号给定值恒定。给定值与功率反馈信号进行对比时，如果功率超过额定功率，桨叶桨距就会转向迎风面积正在变少的方向；如果功率没有超过额定功率，桨叶桨距就会转向迎风面积正在增加的方向。
2.2 合理控制风机启动
当风机启动的时候，要采用风速仪对风速进行测量，并对风速的大小进行判断，当风速大于启动风速的时候，要启动风机；当风速小于启动风速的时候，要继续对风速进行测量。在启动风机的时候， 要有效的控制偏航，从而能够有效的将桨距角调到零度以及确保风机能够正面迎风。在对风机的转速进行监测的时候，当风机的转速到达切入转速的时候，就能够实行并网发电。
2.3 合理控制偏航
合理控制偏航的目的在于确保风机能够在迎面对着风向的时候，能够得到最大化的风能，在实际应用当中，如果偏航角和风向角的差额不超过15°的时候，就可以认定风机是迎面对着风向的。对控制算法进行设计的时候，要遵循快捷进行控制的原则进行设计，从而能够更好的避免在执行时所出现的繁琐动作。
如果电缆缠绕了多达两圈，要立刻采取解缆控制，从而确保风电机组能够安全的运行。同时，在进行解缆的时候风电机组要采用正常停机的方式，并要采用自动偏航后才能合理的进行解缆。
2.4 合理控制风机停机
如果风机发生故障，比如，当传动系统冷却水的温度比较高、风机的温度比较高、桨距系统的液压油位比较低等的时候，要及时发出停机警告，从而促使风机停机。如果发现风速超出相关限度的时候，由于风机的各个环节会受到一定的限制，所以一定要脱网停机。在停机的时候， 要及时把桨距角调整到90° , 确保停机时的安全性。
2.5 合理控制桨距
在风机并网滞后，要凭借对桨距角的调节去调节发电机输出的功率，如果额定功率小于实际功率的时候，PLC 的模拟输出单元CJ1W-DA021 输出和功率之间的差距成为比例的信号，如果功率偏差低于0 的时候，要凭借进桨来促使功率的增加， 同时，如果功率的偏差在-5 且+5 的时候， 不能够实行变桨，从而能够避免过度频繁的进行变桨。
3 结语
综上所述，根据风电机组控制系统的要求，合理设计PLC 的风电机组控制系统能够遵循高效益、高效率、低成本的目的。通过运用PLC 控制，能够确保控制系统性能的稳定，从而对于机组成本的降低以及效率提高具有不容忽视的作用。
【参考文献】
[1] 金利祥, 张德华, 陈绍聂, 吕征宇. 基于PLC 的风力发电机组控制系统研究[J]. 机电工程,2012
[2] 来长胜, 耿未. 基于PLC 的风电机组控制系统设计[J]. 电力学报,2013
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