基于PLC的风力发电控制系统设计

龙海飚

摘 要：随着科学技术的进步，新能源得以广泛应用，风力发电是我国科研人员掌握最熟练的技术之一。这种技术是在我国丰富风能与配套系统的共同作用下，将风能转为电能。由于风力发电控制系统仍存在一些问题，本文将在PLC的基础上对风力发电控制系统的设计技术进行研究。

关键词：PLC；风力发电；控制系统

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

0 前言

社会经济的不断发展导致人们对能源的需求大幅度上升，但这种扩大的需求量加速了传统能源的损耗，各个国家开始重视能源的可持续发展问题。在这基础上，新能源的出现与利用逐渐成为经济发展的重点，其中风能以其易开采、成本低的特点成为最受人们喜爱的一种能源。同时，风力发电系统仍存在着一些问题，但通过PLC编程的控制系统可以有效的解决这些问题，提高其工作效率。

1 风力发电控制系统的原理

叶片、加速齿轮箱、偏航装置、变频装置和控制系统等是风力发电系统的组成部分，每一个模块的互相配合才能保障整个系统的平稳运行。下面对PLC风力发电系统中的每一个组成部件进行详细的介绍[1]。

1.1 叶片

叶片是构成风轮的主要部件，其在风能转化为电能的过程中起着很重要的作用。系统中叶片有着一定的要求，那就是要有良好的结构气动性。通常是将两到三个结构气动性良好的叶片安装在轮毂，通过风的动力带动叶片，从而促进轮毂的运转，但这个速度相对来说是比较慢的，所以要在发动机与轮毂之间加入一套加速系统，使其速度达到可以发电的要求。同时，由于风速的方向会不断发生变化，风向传感系统会将监测到的风向信息实时传送给PLC控制系统，因此需要根据实际情况及时调整叶片的角度，使其可以最大限度的利用风能。

1.2 加速齿轮箱

由于依靠自然风力所带动的叶片转动的速度并不能满足风力发电的需求，因此需要通过加速齿轮箱的运用来加快轴旋转的速度，从而带动风轮上叶片的转速，使其达到发电设备对速度的标准。

1.3 偏航装置

偏航装置的作用是根据实际情况改变风速与叶片之间的角度，以保证其能最大程度上的合理利用风能。当PLC控制系统接收到传感系统反馈回来的风向信息后，它会自动计算当前叶片与风向之间的度数，看其是不是最佳的利用风能的角度，如果不是的话，PLC控制系统会操纵偏航电机，使其能够转动到最好的位置上。

1.4 变频装置

为了能够最大效率的利用风能，风力发电机需要不断的切换电压和频率，这种需求促进了变频器的产生。目前工业生产中存在着两种最常见的变频器，一种可以将交流电直接转变为交流电，另一种可以将交流电经过整流电路变换为直流电，然后将直流电转变成可以变换电压与频率的交流电。这两种变频器都可以有效的转换发电系统工作中所需要的电压与频率。

2 PLC的控制过程

PLC风力发电控制系统是由一系列的模块共同组成的，各个模块各尽其职、共同作用以达到发电的目的。在这些模块中PLC在风力发电系统中占据着最重要的地位，它不仅可以接收、传递信号，还可以在这个过程中对信息进行精细处理。变频器在这一系统中也起着关键的作用，它既可以改变电源的频率，还可以推动电机工作。系统中的风向传感器通过通风管道实时采集风向信息，并将其收集到的信息转变成模拟量运送给PLC控制器，PLC系统会根据得到的信息反馈对运行状况进行调整。风力发电机通过电源频率的不断改变进而控制速度的变化，从而使整个系统达到发电的最终目的。

偏航解缆是这种设计中的主要控制之一，它包括对风偏航、自动解缆等操纵，风速仪与风向标也都有备用的传感器，这使得在采集数据时，如果出现传感器发生故障的问题，可以启用备用的传感器，以保障风力发电机的正常运行。齿轮箱在系统运作过程中起着传输的作用，风能向电能的转化必须在保证齿轮箱可以正常工作的基础上才能成功完成。因此这一设计对齿轮箱有着较高的要求，其中包括了对温度的控制、油量的控制以及空冷风扇、齿轮箱加热器等设备的控制。只有加强对这些设备的控制，保证齿轮箱达到工作的条件，才能促进整个系统的平稳运行。同时，在系统出现问题时，一定要及时停机对其进行维修，保证风力发电工作能够安全高效的进行。

3 PLC风力发电控制系统的设计方案

PLC是可编程逻辑控制器，在PLC风力发电控制系统中，它是整个系统的核心要素，占有非常重要的位置。该控制系统的功能多种多样，最主要的一种就是对自然风向的及时监测，并通过其反馈回来的信息对叶片的位置及其速度进行调整。基于PLC的风力发电控制系统的设计方案要在理解风力发电原理的基础上，对其进行硬件与软件的设计[2]。

硬件设计上，首先要区分PLC控制系统所需要的具体的芯片型号，还要严格抉择PLC的各个控制板块，使其达到相应的协议要求与接口要求。在软件设计中，要注意对整个系统的板块划分，使每一个板块都可以发挥出最大的作用。人机界面的主要功用是输入命令，通过命令的要求完成不同的工作，同时可以对参数进行变更。显示系统可以将系统运行状态的参数与问题实时呈现出来，方便人员了解情况并及时对系统进行维护。数据采集模板通过对传感器等检测装置的利用来采集数据信息并将其传递到PLC控制核心中。偏航控制需要四台偏航电机共同协作，依靠风向的变化进行偏航解缆等工作。齿轮箱控制是对齿轮箱的油泵、温度等方面进行调节，使其可以正常工作。液压系统一般是为高速轴刹车以及偏航刹车提供其所需的压力。温度控制的是对整个系统中的各个部分的温度进行调节，使其达到工作所需的温度，不会过高也不会过低，以保障发电机的安全平稳运行。

4 结论

基于PLC的风力发电控制系统所设计的方案，不仅使系统发生故障的几率减少，还可以通过对各个板块的有力监控与调节，大幅度的提高风力发电系统的工作效率。希望本文所涉及到的相关理论可以对研究人員有所帮助，使其能够满足我国新能源开采所需要的高精准度控制需求。

参考文献：

[1]陈璇.基于PLC风力发电控制系统的设计技术研究[J].科技资讯，

2017，15（28）：51+53.

[2]孙蓉，李冰，苏丽，吕淑平，于鑫.基于PLC的风力发电控制系统设计[J].实验技术与管理，2015，32（04）：86-91.