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    基于PLC的风力发电控制系统设计王亚涛    摘要：自改革开放以来我国社会和经济的发展越来越快，电力行业相较之前也有了一定的进步能源的需求量越来越大，而在众多的新能源中，风力发电是目前最具成本优势的可再生能源，不会造成污染，不会耗用资源，技术日渐成熟，建造及运营成本也相应减少，更具成本效益等优点使其越来越受到各国的普遍重视，成为21世纪最具开发前景的新能源之一由于风力发电控制系统对性能要求较高，选用PLC作为其主控制器不但可以用简单的程序来实现复杂的逻辑控制，而且同时具有稳定性高的特点基于此，本文主要阐述了PLC控制风力发电的重要性、PLC控制风力发电的系统结构、风力发电机控制系统软件设计，希望能为今后电力行业的发展带来一定的帮助关键词：PLC；风力发电；控制系统；设计在现在社会的发展中，风力发电作为无污染的能源其清洁环保性能越来越受到人们的欢迎推广，随着风力发电技术取得的长足发展，利用风能发电这项技术应用与推广将会为我国的经济发展和社会环境做出巨大贡献因此，我们应意识到PLC控制风力发电的重要性，为我国电力行业今后的发展奠定良好的基础一、PLC控制风力发电的重要性在风力发电控制系统中，主控制器为PLC，其主要的功能是使风车灵活的适应风向、并且具有恒定的输出功率，当风机转动值超出设定角度值时，系统便会自动解缆，并对风力大小进行监测，自动根据需要采取相应措施。

在传统的风力发电控制系统中，控制方法存在诸多不足，结构复杂，编程繁琐，可靠性稳定性不强等众多因素引起较大的能量损失，致使风力发电的成本仍高于常规电力成本而控制系统以PLC为主控制器，其结构简单，编程方便，可实施性强，并且具有较强的抗干扰能力，可靠性高，易于维护，能够直观的反应现场信号的变化状态，通过编程工具能够直接观测出系统的运行情况，为维护人员查找故障提供了极大的方便，从而缩短了对系统的维护时间二、PLC控制风力发电的系统结构2.1PLC控制系统功能实现介绍大型风力发电机组控制主要包括四个柜，分别为变桨控制柜，机舱控制柜，塔筒柜和变流机柜并且根据其功能的不同将控制系统的硬件分别安装的在不同的部分用于机舱控制，安装在机舱内部；用于地面控制，安装在塔架底部；用于轮毂控制，安装在轮毂内部机舱的控制部分按功能可以分为三部分，变频器、压力和保护控制控制柜内部控制系统的硬件组成主要包括，可编程控制器（PLC）及其扩展模块、控制接触器、中间继电器、电源保护部分等总的来说，控制系统主要控制机舱内各部分工作，如风况监控，变桨控制，温度控制等控制系统整体采用功能模块结构，结构紧凑，主要完成数据采集及输入、输出信号处理，逻辑功能判定；向配电柜的执行机构发出控制指令；与机舱内的机舱控制柜、中央监控系统实时传递信息；根据信号的采集、处理和逻辑判断保障整套机组的可靠运行。

2.2PLC控制风力发电的系统结构风力发电机控制系统的硬件系统主要包括可编程控制器（PLC）、风机组件以及并网系统，风力发电机则采用的是变速变桨距风力发电机（双馈异步发电机）需要重点说明的是偏航和解缆系统，因为该部分将决定整个控制系统的大部分需求指标偏航系统主要由风向标、偏航马达、偏航轴承构成这是一个伺服系统，当风向及风轮的主轴存在一定的角度偏差时，经过一定的时间后控制系统将控制用于偏航控制的异步电机带动风轮旋转，将风轮和风向调整到一致的方位同时将会有一个风向标安装在风轮前部或者机舱的一侧，风向标的作用是当风力发电机组的风轮主轴和风向标的指向存在一定的偏离角时，风力发电机组的控制系统便开始计时，当存在偏离角的时间达到一定的值时，即认为风向已改变，计算机发出向左或向右调向的指令，直到偏差消除为了使风力发电机从风中获得最大的能量，同时由于风力发电机控制系统可能会连续地执行偏航控制，这就有可能导致连接风力发电机的机舱与塔架的电缆发生缠绕，当风力发电机连续朝同一个方向执行偏航达到1080°（3圈）时，偏航控制系统将会驱动偏航机构执行自动解缆，从而保证了整个系统能够正常的运转三、风力发电机控制系统软件设计3.1总体方案设计不同于一般的工业控制过程，风力发电机组的控制系统是一个综合性非常强的控制系统。

它不仅需要针对当前的风速与风向的变化，并根据指定的控制方案对风力发电机组进行优化控制，以达到提高发电量和机组的运行效率的目的，同时还要监视电网参数、当前风况以及风力发电机组的运行参数变桨距风力发电机组采用的是启动时进行转速控制、并网后进行功率控制的方案这种控制方案大大提高了风力发电机的起动性能和功率输出特性3.2全自动启动程序设计风力发电机全自动启动程序所实现的功能是按照开机步骤实施风机全自动开车，保证开车稳步进行在开车过程中，叶片上的升力和阻力与桨距角之间呈现非线性关系，要保证随着桨距角的减小，风机的升力始终大于阻力，确保风机转速达到额定转速附近与此同时，当风力发电机的输出功率达到一定的额定值之后，自动将风力发电机并入电网送电如果当前风速≥4m/s，则计数器加1，如果不满足则计数器清零如果当计数器的值计满10时，输出一个“风速10s大于4”的信号，并将计数器清零这两句程序的作用是判断是否满足风速≥4m/s的条件，如果满足条件，则风力发电机开始执行偏航控制3.3变桨距控制程序设计风力发电机组控制系统的建模与仿真对研究其动态特性和控制算法具有重要意义风力发电机组结构复杂，电控子系统较多为了进一步研究分析风力发电机组运行过程需要对风力发电机组进行数学建模和仿真。

变桨距控制所实现的功能是：如果当前的风速不满足系统要求的启动风速（4m/s）时，桨距角将被控制系统控制在90°不变，风机叶片此时不运转，紧接着调整桨距角，使风力发电机的启动转矩逐渐增大，加快启动速度；当风速达到切入风速（4m/s）以后，桨距角调节到0°不变，尽可能多地从风中获取能量；当风速高于额定风速（12m/s）时，为了使输出功率保持恒定，也为了限制风力发电机的吸收功率以保证风力发电机组的安全运行，引入了变桨距控制策略，通过调整桨叶的桨距角来调整功率的变化；当风超过切出风速（25m/s）时，控制系统将桨距角调整为90°顺风，此时风机叶片和塔架的受力最小从而保证了风力发电机组的安全、稳定运行四、结束语综上所述，风力发电是风能利用的主要形式，而控制系统又是风力发电机组最为核心的部分，因此对风力发电机控制系统的研究显得尤为重要因此，在平时工作中要做好基于PLC的风力发电控制系统设计，PLC技术在风力发电中的应用越来越广泛，随着生产的发展，控制系统也在逐渐完善，从而也可以在一定程度上促进我国电力行业的发展参考文献：[1]曾凡桂.风力发电液力机械控制系统研究[D].哈尔滨工业大学，2016.[2]王军.基于PLC风力发电控制系统的设计[J].通讯世界，2015（24）  -全文完-。