基于PLC的風力發電控制系統設計

龍海飚

摘 要：隨著科學技術的進步，新能源得以廣泛應用，風力發電是我國科研人員掌握最熟練的技術之一。這種技術是在我國豐富風能與配套系統的共同作用下，將風能轉為電能。由于風力發電控制系統仍存在一些問題，本文將在PLC的基礎上對風力發電控制系統的設計技術進行研究。

關鍵詞：PLC；風力發電；控制系統

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

0 前言

社會經濟的不斷發展導致人們對能源的需求大幅度上升，但這種擴大的需求量加速了傳統能源的損耗，各個國家開始重視能源的可持續發展問題。在這基礎上，新能源的出現與利用逐漸成為經濟發展的重點，其中風能以其易開采、成本低的特點成為最受人們喜愛的一種能源。同時，風力發電系統仍存在著一些問題，但通過PLC編程的控制系統可以有效的解決這些問題，提高其工作效率。

1 風力發電控制系統的原理

葉片、加速齒輪箱、偏航裝置、變頻裝置和控制系統等是風力發電系統的組成部分，每一個模塊的互相配合才能保障整個系統的平穩運行。下面對PLC風力發電系統中的每一個組成部件進行詳細的介紹[1]。

1.1 葉片

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

1.2 加速齒輪箱

由于依靠自然風力所帶動的葉片轉動的速度并不能滿足風力發電的需求，因此需要通過加速齒輪箱的運用來加快軸旋轉的速度，從而帶動風輪上葉片的轉速，使其達到發電設備對速度的標準。

1.3 偏航裝置

偏航裝置的作用是根據實際情況改變風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能。當PLC控制系統接收到傳感系統反饋回來的風向信息后，它會自動計算當前葉片與風向之間的度數，看其是不是最佳的利用風能的角度，如果不是的話，PLC控制系統會操縱偏航電機，使其能夠轉動到最好的位置上。

1.4 變頻裝置

為了能夠最大效率的利用風能，風力發電機需要不斷的切換電壓和頻率，這種需求促進了變頻器的產生。目前工業生產中存在著兩種最常見的變頻器，一種可以將交流電直接轉變為交流電，另一種可以將交流電經過整流電路變換為直流電，然后將直流電轉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換發電系統工作中所需要的電壓與頻率。

2 PLC的控制過程

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

偏航解纜是這種設計中的主要控制之一，它包括對風偏航、自動解纜等操縱，風速儀與風向標也都有備用的傳感器，這使得在采集數據時，如果出現傳感器發生故障的問題，可以啟用備用的傳感器，以保障風力發電機的正常運行。齒輪箱在系統運作過程中起著傳輸的作用，風能向電能的轉化必須在保證齒輪箱可以正常工作的基礎上才能成功完成。因此這一設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扇、齒輪箱加熱器等設備的控制。只有加強對這些設備的控制，保證齒輪箱達到工作的條件，才能促進整個系統的平穩運行。同時，在系統出現問題時，一定要及時停機對其進行維修，保證風力發電工作能夠安全高效的進行。

3 PLC風力發電控制系統的設計方案

PLC是可編程邏輯控制器，在PLC風力發電控制系統中，它是整個系統的核心要素，占有非常重要的位置。該控制系統的功能多種多樣，最主要的一種就是對自然風向的及時監測，并通過其反饋回來的信息對葉片的位置及其速度進行調整。基于PLC的風力發電控制系統的設計方案要在理解風力發電原理的基礎上，對其進行硬件與軟件的設計[2]。

硬件設計上，首先要區分PLC控制系統所需要的具體的芯片型號，還要嚴格抉擇PLC的各個控制板塊，使其達到相應的協議要求與接口要求。在軟件設計中，要注意對整個系統的板塊劃分，使每一個板塊都可以發揮出最大的作用。人機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，同時可以對參數進行變更。顯示系統可以將系統運行狀態的參數與問題實時呈現出來，方便人員了解情況并及時對系統進行維護。數據采集模板通過對傳感器等檢測裝置的利用來采集數據信息并將其傳遞到PLC控制核心中。偏航控制需要四臺偏航電機共同協作，依靠風向的變化進行偏航解纜等工作。齒輪箱控制是對齒輪箱的油泵、溫度等方面進行調節，使其可以正常工作。液壓系統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中的各個部分的溫度進行調節，使其達到工作所需的溫度，不會過高也不會過低，以保障發電機的安全平穩運行。

4 結論

基于PLC的風力發電控制系統所設計的方案，不僅使系統發生故障的幾率減少，還可以通過對各個板塊的有力監控與調節，大幅度的提高風力發電系統的工作效率。希望本文所涉及到的相關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度控制需求。

參考文獻：

[1]陳璇.基于PLC風力發電控制系統的設計技術研究[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的風力發電控制系統設計[J].實驗技術與管理，2015，32（04）：86-91.