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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。 2 、变桨距控制器的设计创新 2.1 系统硬件的设计 风力发电机组的额定功率为 550KW ，采用液压变 桨系统，图 2 所示液压变桨机构框图。采用的电动独 立变桨距系统由交流伺服系统、伺服电机、后备电源、 轮毂主控构成。改变液压比例阀的电压来改变退桨的 速度。在紧急停机时，可控制电磁阀 J-B 闭合、J-A 和 J-C 打开，使储压罐 1 中的液压油迅速进入变桨缸，推 动桨叶达到顺桨位置（90 °）。输入数字量约 70-80 路； 模拟量约 10 路；温度量约 16 路；输出数字量约 32 路, 数据文件包括与外部 I/O 及所有梯形图程序使用 的与指令相关的数据信息。它包含 输出 /输入、状态、 位、计时器、计数器、控制结构、整数、浮点数、字 符串、ASCII 码文件。发电机的转速是通过检测与发电 机相连的光电码盘，每转输出 10 个脉冲，输入给计数 单元。 图2 液压变桨机构框图 2.2 软件系统的设计 本系统的主要功能都是由 PLC 来实现的， VersaPro 软件用于组态 PLC 硬件，创建和编辑 PLC 逻 辑程序，监视 PLC 的逻辑程序的执行 。当风速达到 启动风速时，PLC 发出