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，先是將風的能量轉化成機械式的能量，然后再通過將機械式的能量轉化成電能，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，在將風能轉化成電能的過程中，葉片起到了很大的作用，結構氣動性良好的葉片，可以保證風能的轉化效率。在輪轂上安裝2～3個葉片，當風吹動葉片轉動的時候，輪轂也會轉動，但是這個轉速相對來說比較低，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，方便調節(jié)設備。

提速齒輪箱可通過提高軸旋轉速度，來提高風力發(fā)電機的葉片轉速，此模塊的應用，可有效地滿足風力發(fā)電設備對轉速的要求。偏航裝置能夠有效地改變葉片和風速間的夾角，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化為交流電，而有的變頻器是先將交流電通過整流電路轉化成直流電，再將直流電轉化為交流電，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，它能夠實時采集風向信息，并且還能將采集的信息轉換成模擬量之后，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)測判斷來自動的調節(jié)葉片的工作位置和轉速?；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?；赑LC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，采用面向對象的編程技術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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