基于PLC的風(fēng)力發(fā)電控制系統(tǒng)設(shè)計

龍海飚

摘 要：隨著科學(xué)技術(shù)的進(jìn)步，新能源得以廣泛應(yīng)用，風(fēng)力發(fā)電是我國科研人員掌握最熟練的技術(shù)之一。這種技術(shù)是在我國豐富風(fēng)能與配套系統(tǒng)的共同作用下，將風(fēng)能轉(zhuǎn)為電能。由于風(fēng)力發(fā)電控制系統(tǒng)仍存在一些問題，本文將在PLC的基礎(chǔ)上對風(fēng)力發(fā)電控制系統(tǒng)的設(shè)計技術(shù)進(jìn)行研究。

關(guān)鍵詞：PLC；風(fēng)力發(fā)電；控制系統(tǒng)

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2018.18.157

0 前言

社會經(jīng)濟(jì)的不斷發(fā)展導(dǎo)致人們對能源的需求大幅度上升，但這種擴(kuò)大的需求量加速了傳統(tǒng)能源的損耗，各個國家開始重視能源的可持續(xù)發(fā)展問題。在這基礎(chǔ)上，新能源的出現(xiàn)與利用逐漸成為經(jīng)濟(jì)發(fā)展的重點，其中風(fēng)能以其易開采、成本低的特點成為最受人們喜愛的一種能源。同時，風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)仍存在著一些問題，但通過PLC編程的控制系統(tǒng)可以有效的解決這些問題，提高其工作效率。

1 風(fēng)力發(fā)電控制系統(tǒng)的原理

葉片、加速齒輪箱、偏航裝置、變頻裝置和控制系統(tǒng)等是風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)的組成部分，每一個模塊的互相配合才能保障整個系統(tǒng)的平穩(wěn)運行。下面對PLC風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)中的每一個組成部件進(jìn)行詳細(xì)的介紹[1]。

1.1 葉片

葉片是構(gòu)成風(fēng)輪的主要部件，其在風(fēng)能轉(zhuǎn)化為電能的過程中起著很重要的作用。系統(tǒng)中葉片有著一定的要求，那就是要有良好的結(jié)構(gòu)氣動性。通常是將兩到三個結(jié)構(gòu)氣動性良好的葉片安裝在輪轂，通過風(fēng)的動力帶動葉片，從而促進(jìn)輪轂的運轉(zhuǎn)，但這個速度相對來說是比較慢的，所以要在發(fā)動機(jī)與輪轂之間加入一套加速系統(tǒng)，使其速度達(dá)到可以發(fā)電的要求。同時，由于風(fēng)速的方向會不斷發(fā)生變化，風(fēng)向傳感系統(tǒng)會將監(jiān)測到的風(fēng)向信息實時傳送給PLC控制系統(tǒng)，因此需要根據(jù)實際情況及時調(diào)整葉片的角度，使其可以最大限度的利用風(fēng)能。

1.2 加速齒輪箱

由于依靠自然風(fēng)力所帶動的葉片轉(zhuǎn)動的速度并不能滿足風(fēng)力發(fā)電的需求，因此需要通過加速齒輪箱的運用來加快軸旋轉(zhuǎn)的速度，從而帶動風(fēng)輪上葉片的轉(zhuǎn)速，使其達(dá)到發(fā)電設(shè)備對速度的標(biāo)準(zhǔn)。

1.3 偏航裝置

偏航裝置的作用是根據(jù)實際情況改變風(fēng)速與葉片之間的角度，以保證其能最大程度上的合理利用風(fēng)能。當(dāng)PLC控制系統(tǒng)接收到傳感系統(tǒng)反饋回來的風(fēng)向信息后，它會自動計算當(dāng)前葉片與風(fēng)向之間的度數(shù)，看其是不是最佳的利用風(fēng)能的角度，如果不是的話，PLC控制系統(tǒng)會操縱偏航電機(jī)，使其能夠轉(zhuǎn)動到最好的位置上。

1.4 變頻裝置

為了能夠最大效率的利用風(fēng)能，風(fēng)力發(fā)電機(jī)需要不斷的切換電壓和頻率，這種需求促進(jìn)了變頻器的產(chǎn)生。目前工業(yè)生產(chǎn)中存在著兩種最常見的變頻器，一種可以將交流電直接轉(zhuǎn)變?yōu)榻涣麟?，另一種可以將交流電經(jīng)過整流電路變換為直流電，然后將直流電轉(zhuǎn)變成可以變換電壓與頻率的交流電。這兩種變頻器都可以有效的轉(zhuǎn)換發(fā)電系統(tǒng)工作中所需要的電壓與頻率。

2 PLC的控制過程

PLC風(fēng)力發(fā)電控制系統(tǒng)是由一系列的模塊共同組成的，各個模塊各盡其職、共同作用以達(dá)到發(fā)電的目的。在這些模塊中PLC在風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)中占據(jù)著最重要的地位，它不僅可以接收、傳遞信號，還可以在這個過程中對信息進(jìn)行精細(xì)處理。變頻器在這一系統(tǒng)中也起著關(guān)鍵的作用，它既可以改變電源的頻率，還可以推動電機(jī)工作。系統(tǒng)中的風(fēng)向傳感器通過通風(fēng)管道實時采集風(fēng)向信息，并將其收集到的信息轉(zhuǎn)變成模擬量運送給PLC控制器，PLC系統(tǒng)會根據(jù)得到的信息反饋對運行狀況進(jìn)行調(diào)整。風(fēng)力發(fā)電機(jī)通過電源頻率的不斷改變進(jìn)而控制速度的變化，從而使整個系統(tǒng)達(dá)到發(fā)電的最終目的。

偏航解纜是這種設(shè)計中的主要控制之一，它包括對風(fēng)偏航、自動解纜等操縱，風(fēng)速儀與風(fēng)向標(biāo)也都有備用的傳感器，這使得在采集數(shù)據(jù)時，如果出現(xiàn)傳感器發(fā)生故障的問題，可以啟用備用的傳感器，以保障風(fēng)力發(fā)電機(jī)的正常運行。齒輪箱在系統(tǒng)運作過程中起著傳輸?shù)淖饔?，風(fēng)能向電能的轉(zhuǎn)化必須在保證齒輪箱可以正常工作的基礎(chǔ)上才能成功完成。因此這一設(shè)計對齒輪箱有著較高的要求，其中包括了對溫度的控制、油量的控制以及空冷風(fēng)扇、齒輪箱加熱器等設(shè)備的控制。只有加強(qiáng)對這些設(shè)備的控制，保證齒輪箱達(dá)到工作的條件，才能促進(jìn)整個系統(tǒng)的平穩(wěn)運行。同時，在系統(tǒng)出現(xiàn)問題時，一定要及時停機(jī)對其進(jìn)行維修，保證風(fēng)力發(fā)電工作能夠安全高效的進(jìn)行。

3 PLC風(fēng)力發(fā)電控制系統(tǒng)的設(shè)計方案

PLC是可編程邏輯控制器，在PLC風(fēng)力發(fā)電控制系統(tǒng)中，它是整個系統(tǒng)的核心要素，占有非常重要的位置。該控制系統(tǒng)的功能多種多樣，最主要的一種就是對自然風(fēng)向的及時監(jiān)測，并通過其反饋回來的信息對葉片的位置及其速度進(jìn)行調(diào)整?；赑LC的風(fēng)力發(fā)電控制系統(tǒng)的設(shè)計方案要在理解風(fēng)力發(fā)電原理的基礎(chǔ)上，對其進(jìn)行硬件與軟件的設(shè)計[2]。

硬件設(shè)計上，首先要區(qū)分PLC控制系統(tǒng)所需要的具體的芯片型號，還要嚴(yán)格抉擇PLC的各個控制板塊，使其達(dá)到相應(yīng)的協(xié)議要求與接口要求。在軟件設(shè)計中，要注意對整個系統(tǒng)的板塊劃分，使每一個板塊都可以發(fā)揮出最大的作用。人機(jī)界面的主要功用是輸入命令，通過命令的要求完成不同的工作，同時可以對參數(shù)進(jìn)行變更。顯示系統(tǒng)可以將系統(tǒng)運行狀態(tài)的參數(shù)與問題實時呈現(xiàn)出來，方便人員了解情況并及時對系統(tǒng)進(jìn)行維護(hù)。數(shù)據(jù)采集模板通過對傳感器等檢測裝置的利用來采集數(shù)據(jù)信息并將其傳遞到PLC控制核心中。偏航控制需要四臺偏航電機(jī)共同協(xié)作，依靠風(fēng)向的變化進(jìn)行偏航解纜等工作。齒輪箱控制是對齒輪箱的油泵、溫度等方面進(jìn)行調(diào)節(jié)，使其可以正常工作。液壓系統(tǒng)一般是為高速軸剎車以及偏航剎車提供其所需的壓力。溫度控制的是對整個系統(tǒng)中的各個部分的溫度進(jìn)行調(diào)節(jié)，使其達(dá)到工作所需的溫度，不會過高也不會過低，以保障發(fā)電機(jī)的安全平穩(wěn)運行。

4 結(jié)論

基于PLC的風(fēng)力發(fā)電控制系統(tǒng)所設(shè)計的方案，不僅使系統(tǒng)發(fā)生故障的幾率減少，還可以通過對各個板塊的有力監(jiān)控與調(diào)節(jié)，大幅度的提高風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)的工作效率。希望本文所涉及到的相關(guān)理論可以對研究人員有所幫助，使其能夠滿足我國新能源開采所需要的高精準(zhǔn)度控制需求。

參考文獻(xiàn)：

[1]陳璇.基于PLC風(fēng)力發(fā)電控制系統(tǒng)的設(shè)計技術(shù)研究[J].科技資訊，

2017，15（28）：51+53.

[2]孫蓉，李冰，蘇麗，呂淑平，于鑫.基于PLC的風(fēng)力發(fā)電控制系統(tǒng)設(shè)計[J].實驗技術(shù)與管理，2015，32（04）：86-91.