基于PLC風力發(fā)電控制系統(tǒng)的設計技術研究

陳璇

摘 要：目前，我國的新能源開采技術有很多種，風力發(fā)電技術是較為成熟的技術之一。風力發(fā)電是需要風能作用的，在風的吹動下風車的葉片發(fā)生轉(zhuǎn)動，然后在配合一套用來加速的系統(tǒng)，這樣便可以實現(xiàn)發(fā)電目的。但是，我國的風力發(fā)電系統(tǒng)仍存在著一定的缺陷，它不僅對能源的損耗過大，還受惡劣的工作環(huán)境影響，對風力發(fā)電控制系統(tǒng)與控制算法的可靠性產(chǎn)生了極高的要求。如今，PLC在工控領域中應用廣泛，并且它控制起來也比較簡單，因此，本文基于PLC研究了風力發(fā)電控制系統(tǒng)的設計技術，希望可以提高有關人員的工作效率，幫助這些人改善在能量方面的浪費問題。

關鍵詞：PLC 風力發(fā)電控制系統(tǒng) 設計技術 探究

中圖分類號：TM614 文獻標識碼：A 文章編號：1672-3791（2017）10（a）-0051-02

風力發(fā)電的原理很簡單，先是將風的能量轉(zhuǎn)化成機械式的能量，然后再通過將機械式的能量轉(zhuǎn)化成電能，供人們使用。近年來，許多國家都逐漸重視起新能源開發(fā)的問題，他們對可利用能源進行了深入探究，從如今的新能源開采狀況可以看出，風能、太陽能是目前最受歡迎的新能源，并且對這些能源的開采也較容易一些，成本和其他的能源比起來也相對較低。風能的發(fā)電過程與常規(guī)能源的發(fā)電過程極為相似，同時我國對風能的開采率也在逐年增高，由此可以看出，風能與常規(guī)能源的競爭將會越發(fā)激烈。風力發(fā)電離不開風力發(fā)電機組設備，且設備系統(tǒng)的運行效率還受控制系統(tǒng)與控制算法的影響，因此，我們要提高對控制系統(tǒng)和控制算法的要求，盡量保證發(fā)電系統(tǒng)的運行效率不受影響。基于PLC編程的風力發(fā)電控制系統(tǒng)可以對發(fā)電過程中設備的運行情況進行實時監(jiān)測，這就可以最大程度地保障風力發(fā)電系統(tǒng)的安全，從而提高系統(tǒng)的工作效率。

1 風力發(fā)電控制系統(tǒng)的工作原理

風力發(fā)電系統(tǒng)主要是由葉片、提速齒輪箱、偏航裝置和控制系統(tǒng)等組成的，只有各個組成部分相互協(xié)作，系統(tǒng)才能正常的運行。風輪的主要組成部分是葉片，在將風能轉(zhuǎn)化成電能的過程中，葉片起到了很大的作用，結(jié)構(gòu)氣動性良好的葉片，可以保證風能的轉(zhuǎn)化效率。在輪轂上安裝2～3個葉片，當風吹動葉片轉(zhuǎn)動的時候，輪轂也會轉(zhuǎn)動，但是這個轉(zhuǎn)速相對來說比較低，這時我們可以在發(fā)電機和輪轂之間安裝一套加速系統(tǒng)，來滿足發(fā)電的要求。隨著風速方向的不同，還應及時調(diào)節(jié)葉片的角度，確保能最大程度地利用風能，另外，風向傳感系統(tǒng)還會實時的向PLC控制系統(tǒng)傳遞監(jiān)測到的風向信息，方便調(diào)節(jié)設備。

提速齒輪箱可通過提高軸旋轉(zhuǎn)速度，來提高風力發(fā)電機的葉片轉(zhuǎn)速，此模塊的應用，可有效地滿足風力發(fā)電設備對轉(zhuǎn)速的要求。偏航裝置能夠有效地改變?nèi)~片和風速間的夾角，當PLC控制系統(tǒng)接收到傳感系統(tǒng)采集的風向信號后，PLC控制系統(tǒng)就會計算葉片與風向的夾角是不是達到最佳，如果不是，PLC控制系統(tǒng)就會控制偏航電機，將其轉(zhuǎn)動到最佳位置上去。另外，風力發(fā)電機為了能夠充分利用風能，它就必須得連續(xù)地切換電壓和頻率，這時就用到了變頻器，有的變頻器可將交流電直接轉(zhuǎn)化為交流電，而有的變頻器是先將交流電通過整流電路轉(zhuǎn)化成直流電，再將直流電轉(zhuǎn)化為交流電，這兩種變頻器是目前工業(yè)上最為常見的。

2 可編程控制器PLC的控制過程

PLC是整個風力發(fā)電控制系統(tǒng)的核心，它不僅具有接受、傳遞信號的功能，還可以精密處理、分析一些采集到的信號。其次，變頻器也是這個風力控制系統(tǒng)中的關鍵之處，它不僅能改變電源的頻率，還能驅(qū)動電機工作。另外風向傳感器也是系統(tǒng)中比較重要的模塊，它能夠?qū)崟r采集風向信息，并且還能將采集的信息轉(zhuǎn)換成模擬量之后，傳遞給PLC控制器，PLC會根據(jù)收到的信息來改變系統(tǒng)的運行情況。不同模塊與PLC之間的傳遞、處理方式也不相同，要想完善風力發(fā)電控制系統(tǒng)，就必須得搞清它們之間的關系。

偏航解纜包括對風偏航等操作，是風力發(fā)電機系統(tǒng)中的重要環(huán)節(jié)，也是基于PLC風力發(fā)電控制系統(tǒng)的主要設計技術。在采集數(shù)據(jù)的時候，傳感器如果發(fā)生故障，就得立刻啟用備用的傳感器，以保證風力發(fā)電機的正常運作。齒輪箱正常工作與否對風力發(fā)電機有很大的影響，從風能向電能的轉(zhuǎn)換過程也必須是在齒輪箱正常工作的情況下才能完成的。本設計技術對各方面的要求都比較高，例如：對溫度的控制、油量的控制、發(fā)電機的控制等都要做到位，對出現(xiàn)問題的地方也要及時的停機維修，確保風力發(fā)電工程能夠在安全的環(huán)境中有效進行。

3 基于PLC風力發(fā)電控制系統(tǒng)的設計方案

PLC是可編寫程序的控制器，在PLC風力發(fā)電控制系統(tǒng)中，PLC作為系統(tǒng)的控制核心，可見其重要性。PLC風力發(fā)電控制系統(tǒng)的主要功能之一就是對風向的實時監(jiān)控，通過對風向的監(jiān)測判斷來自動的調(diào)節(jié)葉片的工作位置和轉(zhuǎn)速?；赑LC風力發(fā)電控制系統(tǒng)的設計方案要根據(jù)實際情況來制定，在充分了解風力發(fā)電原理的基礎上，分別對PLC風力發(fā)電控制系統(tǒng)進行硬件和軟件方面的設計。

在硬件設計方面，我們不僅要了解PLC控制系統(tǒng)具體的芯片型號，還要對PLC控制的各個模塊進行嚴格的選擇，盡量滿足協(xié)議要求和相對應的接口要求，在軟件設計方面，我們也要注重整個控制系統(tǒng)的模塊劃分問題，盡量保證每一個功能模塊都能最大限度的發(fā)揮作用。在軟件模塊中，人機界面的主要功能就是輸入命令，通過命令來指揮完成不同的任務，除此之外，我們也可以進行更改參數(shù)的操作。其次是顯示系統(tǒng)，此模塊可以實時的顯示一些運行狀態(tài)供我們了解，如果出現(xiàn)了故障，此模塊也會及時地顯示出來，方便我們解決問題，維護系統(tǒng)的安全；數(shù)據(jù)采集模塊的作用也很大，它主要是利用傳感器來采集一些有關風向的數(shù)據(jù)信息，并把這些信息實時的傳遞給PLC這個控制核心中去，幫助PLC去調(diào)節(jié)裝置，提高系統(tǒng)的工作效率；偏航控制模塊可以根據(jù)風向的變化來進行偏航、解纜等操作，此過程一般需要4臺偏航電機同時工作；液壓系統(tǒng)的主要功能就是為高速軸剎車與偏航剎車提供應有的壓力；齒輪箱控制模塊主要針對的是齒輪箱的溫度、油泵等，它可以有效地控制這些東西，為風力發(fā)電系統(tǒng)保駕護航；最后就是溫度控制模塊，它可以對風力發(fā)電系統(tǒng)各個運行機構(gòu)的溫度進行有效控制，以此來保證風力發(fā)電機的正常運行。

采用可編程控制器PLC作為控制的核心，是比較明確的選擇。基于PLC風力發(fā)電控制系統(tǒng)來制定設計方案，不僅可以降低系統(tǒng)故障的發(fā)生率，還可以提高系統(tǒng)控制器的可靠性，如今，我國計算機科學技術發(fā)展的極為迅速，采用面向?qū)ο蟮木幊碳夹g也將是未來最可靠的發(fā)展方向，豐富的功能函數(shù)方便了編程，并且編程還能實現(xiàn)復雜的控制思想，這在風力發(fā)電控制系統(tǒng)的設計上具有積極的意義。

4 結(jié)語

本文深入的研究了基于PLC風力發(fā)電控制系統(tǒng)的設計技術，并從各個方面介紹了控制系統(tǒng)的控制對象，希望可以讓更多的人了解基于PLC風力發(fā)電控制系統(tǒng)的設計過程，除此之外，還希望能夠幫助有關的研究人員，讓他們能夠滿足各模塊中高精度的控制要求，以此來提高風力發(fā)電系統(tǒng)的工作效率，為我國新能源的開采保駕護航。

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