PLC在风电控制系统中的应用
[摘要] 风力发电系统结构复杂,具有非线性、时变的特点。变桨距控制技术关系到风力发电机组的安全可靠运行,影响风力机的使用寿命, 变桨距风力发电机比定桨距风力发电机具有更好的风能捕捉特性,现代的大型风力发电机大多采用可编程控制器(PLC)作为风力发电机的变桨距控制器。控制方式灵活,编程简单, 结构紧凑简单、易于施加各种控制、可靠性高，抗干扰能力强等特点。本文介绍了液压变桨距系统的工作原理,设计了变桨控制器的软件系统。
[关键词] 风电机组 PLC 风机控制 变桨距
风能是可再生能源中发展最快的清洁能源，也是最具最大规模和商业化发展前景的发电方式。风力发电技术在节约能源上具有十分重要的意义。 PLC主要应用于风机的机舱里和机座下，分别起变浆和偏航控制，隶属于一套控制系统。两台PLC之间通过现场总线进行通信。以PLC组成的风机主控系统硬件由模块构成，控制室有足够的空间保证测量和操作的安全性，PLC控制器之间通过光缆链接，以网络协议方式进行通讯，设置上位机控制、检测和管理。以数据库程序编写界面。全球投入商业运行的兆瓦级以上风力发电机均采用了变桨距技术。变桨距风力发电机组是指整个叶片绕叶片中心轴旋转,调节输出功率不超过设计允许值。变桨距叶片一般叶宽小，叶片轻，机头质量比失速机组小，不需很大的刹车，启动性能好。由于风电设备运行环境较为恶劣，安装空间有所限制，并且要求有很强的数据处理能力，因此现有的通用可编程控制器很难达到其技术要求。在低空气密度地区仍可达到额定功率，在额定风速之后，输出功率可保持相对稳定，保证较高的发电量。可编程逻辑控制器(PLC)在风力发电机组控制系统中具有重要的作用。
1、变桨距风力机控制方式
图1 变桨距风电机组原理图
变桨距调速是风力发电机主要的调速方式之一，通过增大桨距角的方式调速装置减小由于风速增大使叶轮转速加快的趋势。液压变桨系统是由电动液压泵作为工作动力，电磁阀作为控制单元，液压油作为传递介质，将油缸活塞杆的径向运动变为桨叶的圆周运动实现桨叶的变桨距。风速增大时，变桨距液压缸就会动作，推动叶片逐渐向桨距角增大的方向转动，叶片吸收的风能减少，保持风轮运转在额定的转速范围内。风速减小时，执行相反操作，保持风轮吸收的功率能基本恒定。例如，VESTAS的V66-1.65MW，ENERCON的E-66-1.8MW、E-58-1MW， GE的1.5MW、2.5MW、3.6MW机组都采用变桨距系统。液压传动的单位体积小、重量轻、动态响应好、扭矩大并且无需变速机构，在失电时将蓄压器作为备用动力源对桨叶进行全顺桨作业而无需设计备用电源，能够保证更加快速、准确地把叶片调节至预定节距。液压变桨距系统的发电机增速箱电网ωVI*β功率传感器变桨控制器风PP，如图1所示。
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