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摘要：世界能源不足问题日渐严峻，环境因素也越来越成为社会发展所必须要解决的问题，因此对新能源的开发利用成为今后发展的主要研究方向。而风能作为无污染的，资源广泛的新型能源，首当其冲成为世界各国政府及科学家研究的关键。本文首先介绍了风电机组控制系统结构；其次，分析了控制系统基本工作原理及XE82-2000风力发电机组；最后完成了PLC控制器的模块选型及控制程序设计。
关键词：PLC；风力发电机；控制系统
0引言
在众多可再生能源中，对风能的利用前景最为广阔，其技术也在不断的研究及改进中。其中，对于有着风电机组“大脑”之称的控制系统首当其冲成为最主要的研究课题。控制系统既掌控着整个机组的工作情况，对于远程监控及人机接口也有着重要作用。
近些年，变桨距风力发电受到了人们的高度关注与重视，并凭借无污染、功耗低等诸多优势成为风力发电网络最佳选择，在节能减排、绿色环保的号召下，在不久的将来必然会成为主流发电模式。概括来讲，该模式下最关键的是系统网络，因为它直接控制了变桨距的运行状态。而变桨距控制器作为该机组最重要的一个构成部分，为机组稳健、安全运行提供了根本保障。所以，对此控制系统展开广泛且深入的探究具有重大现实意义。
1风电机组控制系统结构
1.1风轮与变桨控制系统
风轮系统是本控制系统最基础的一个构成部分，而它则分为三个模块，一是桨叶，二是轮毅，三是变桨系统。具体来讲：桨叶主要负责风能转换，采用集多重性能优势为一身的玻璃钢复合材料，不仅有效控制了成本指出，还为机组稳定、持续、安全与运行提供了根本保障。轮毅负责与主轴连接，为桨叶正常运行提供强力支撑。它采用高级球墨铸铁铸造而成，既保证了良好的机械性能，又能很好地运行于恶劣的低温环境下。
变桨系统的主要功能是控制变桨、停机等。因突发情况需立即停机时，变桨驱动机构通过驱动伺服电机为变桨系统提供强大动力，并通过速度与角度的高效传递，达到自动控制的目的。
针对一般风力发电机而言，主要配置了三套互不干扰的变桨系统，以保证某一套在遇到紧急、突发问题时能够立即刹车停止运行。液压制动由两部分构成，一是偏航制动组，二是轮毅制动组。值得一提的是，轮毅系统还配装了手动液压刹车器件，以便于相关人员进行检修与维护。
1.2偏航控制系统及相关机舱组件
机舱总成是由部件构成的一种运行系统，其中最重要的包括偏航系统、机舱控制系统等。机舱为典型的钢结构焊接模式，在很大程度上了保证了其可靠性与牢固性，还能为其他构件有序安装提供强大支撑。舱罩在设计时一定要严格按照现行规范及实际需求，尽可能地保证平滑性，不可出现裂痕、脱层等相关问题。
对于发电机组而言，最核心的一个构件是它的传动系统，该传动系统主要发挥了传递机械能的作用，主要由三部分构成，一是发电机，二是联轴器，三是主轴及其支撑。风齿轮驱动在促使叶片一直保持迎风状态上发挥了强大作用，还能显著提高发电效率。而偏航系统则主要由减速器、电机、制动器等多部件构成，采用液压控制的刹车装置，旨在保证整个机组长期、稳定、安全工作。所以，在设计该控制系统时，务必要以实际为出发点，在此基础上，灵活运用智能判断，以最大限度保障运行安全，防止出现重大安全事故，产生巨大经济损失。
偏航系统位于机舱底座，通过内置的传感器度设备对风向、风速进行实时监测，与此同时，达到了智能偏航的效果。另外，为保障运行安全，防止出现不必要的偏差，还支持人工偏航。在开启智能偏航后，不仅能自行解缆，还能实现高效制动，保证偏航工作有条不紊地开展，促使机组能最大化地利用风能资源。
1.3塔架组件
由于叶轮旋转过程中产生的力及其振动负载全部都施加于塔架上，因此对塔架的强度提出了高标准要求，以保证交变载荷和塔影效应不会影响结构安全。
塔架的结构形式常见有三类，一是型钢析架结构，二是钢筋混凝土，三是圆锥形钢管。在实际应用中，不论采用哪种结构，其内部必须配置便于攀爬的爬梯及安全导轨，供人们使用。
2风电机组PLC控制系统构建
2.1控制系统基本工作原理
基于结构上来看，风力发电机组主要分为两个模块，一是风电机，二是发电机。就前者而言，它实现了风能与机械能的高效转换，而后者在将成功转换的能量传输至电网。其运行过程可见下图1：
图1风电机组工作原理
在风能资源的利用方面，最关键的是它的控制环节，PLC作为主控系统，不仅对风向变化进行实时、动态监测，还在偏航系统的协助下对风机运行进行科学、合理的控制，从而实现叶片位置的成功调整以及风力资源的最大化使用。
与很多设备的启动模式一样，风机在启动前，也需要复位操作，经自检无任何差错后便可正常启动，系统启动之后，第一项工作就是全面排查与分析电网数据，并对全部计数器进行参数置位操作，在此基础上，风电机组运行，在桨距为到0°角时，驱动风轮。
在风机可靠运行后，控制系统还要对整机组运行情况进行动态监测，根据反馈数据及现实需求做出相应处理，同时根据风速实时调控制动与偏航，以促使系统稳健、可靠工作。
2.2 风力发电机组
结束语
目前，对于陆地上的风能的利用较为常见，市场上的风机多处于兆瓦级以上，
但对于海风的利用还存在一定的问题有待于解决。因此，我们在积极利用陆上
风能时，也要兼顾海风的运用与发展。对于利用风能进行发电，其最为主要的
环节在于控制技术的研究，如何有效控制风机的可靠安全的运转，同时又能兼
顾高效率的利用风能，是将来急需解决的问题。
参考文献：
[1]李金鹏.基于PLC控制的风电机组物理实验平台研究与设计[D].华北电力大学，2013.
[2]张相考.基于PLC的风电机组控制系统设计[D].沈阳工业大学，2015.
[3]来长胜.基于PLC的风电机组控制系统设计[J].电力学报，2013，28（5）：29-32.
[4]裴兴林.PLC调速系统对风电机组的偏航控制[J].装备制造技术，2011，08：74-76.
[5]李爱英.基于西门子S7-300PLC的风电机组专用变桨距控制系统设计[J].自动化技术与应用，2011.30（07）：45-48.
[6]曹丽敏.PLC在大型风电控制系统中的应用[D].电子科技大学，2013.
作者简介：
姜东明（1983-）男，汉，江苏盐城，专科，电气工程师，电气自动化.
论文作者:姜东明
论文发表刊物:《电力设备》2019年第4期
论文发表时间:2019/7/8
标签：控制系统论文; 机组论文; 风能论文; 风电论文; 系统论文; 偏航论文; 一是论文; 《电力设备》2019年第4期论文;