基于PLC风力发电控制系统的设计技术研究

陈璇

摘 要：目前，我国的新能源开采技术有很多种，风力发电技术是较为成熟的技术之一。风力发电是需要风能作用的，在风的吹动下风车的叶片发生转动，然后在配合一套用来加速的系统，这样便可以实现发电目的。但是，我国的风力发电系统仍存在着一定的缺陷，它不仅对能源的损耗过大，还受恶劣的工作环境影响，对风力发电控制系统与控制算法的可靠性产生了极高的要求。如今，PLC在工控领域中应用广泛，并且它控制起来也比较简单，因此，本文基于PLC研究了风力发电控制系统的设计技术，希望可以提高有关人员的工作效率，帮助这些人改善在能量方面的浪费问题。

关键词：PLC 风力发电控制系统 设计技术 探究

中图分类号：TM614 文献标识码：A 文章编号：1672-3791（2017）10（a）-0051-02

风力发电的原理很简单，先是将风的能量转化成机械式的能量，然后再通过将机械式的能量转化成电能，供人们使用。近年来，许多国家都逐渐重视起新能源开发的问题，他们对可利用能源进行了深入探究，从如今的新能源开采状况可以看出，风能、太阳能是目前最受欢迎的新能源，并且对这些能源的开采也较容易一些，成本和其他的能源比起来也相对较低。风能的发电过程与常规能源的发电过程极为相似，同时我国对风能的开采率也在逐年增高，由此可以看出，风能与常规能源的竞争将会越发激烈。风力发电离不开风力发电机组设备，且设备系统的运行效率还受控制系统与控制算法的影响，因此，我们要提高对控制系统和控制算法的要求，尽量保证发电系统的运行效率不受影响。基于PLC编程的风力发电控制系统可以对发电过程中设备的运行情况进行实时监测，这就可以最大程度地保障风力发电系统的安全，从而提高系统的工作效率。

1 风力发电控制系统的工作原理

风力发电系统主要是由叶片、提速齿轮箱、偏航装置和控制系统等组成的，只有各个组成部分相互协作，系统才能正常的运行。风轮的主要组成部分是叶片，在将风能转化成电能的过程中，叶片起到了很大的作用，结构气动性良好的叶片，可以保证风能的转化效率。在轮毂上安装2～3个叶片，当风吹动叶片转动的时候，轮毂也会转动，但是这个转速相对来说比较低，这时我们可以在发电机和轮毂之间安装一套加速系统，来满足发电的要求。随着风速方向的不同，还应及时调节叶片的角度，确保能最大程度地利用风能，另外，风向传感系统还会实时的向PLC控制系统传递监测到的风向信息，方便调节设备。

提速齿轮箱可通过提高轴旋转速度，来提高风力发电机的叶片转速，此模块的应用，可有效地满足风力发电设备对转速的要求。偏航装置能够有效地改变叶片和风速间的夹角，当PLC控制系统接收到传感系统采集的风向信号后，PLC控制系统就会计算叶片与风向的夹角是不是达到最佳，如果不是，PLC控制系统就会控制偏航电机，将其转动到最佳位置上去。另外，风力发电机为了能够充分利用风能，它就必须得连续地切换电压和频率，这时就用到了变频器，有的变频器可将交流电直接转化为交流电，而有的变频器是先将交流电通过整流电路转化成直流电，再将直流电转化为交流电，这两种变频器是目前工业上最为常见的。

2 可编程控制器PLC的控制过程

PLC是整个风力发电控制系统的核心，它不仅具有接受、传递信号的功能，还可以精密处理、分析一些采集到的信号。其次，变频器也是这个风力控制系统中的关键之处，它不仅能改变电源的频率，还能驱动电机工作。另外风向传感器也是系统中比较重要的模块，它能够实时采集风向信息，并且还能将采集的信息转换成模拟量之后，传递给PLC控制器，PLC会根据收到的信息来改变系统的运行情况。不同模块与PLC之间的传递、处理方式也不相同，要想完善风力发电控制系统，就必须得搞清它们之间的关系。

偏航解缆包括对风偏航等操作，是风力发电机系统中的重要环节，也是基于PLC风力发电控制系统的主要设计技术。在采集数据的时候，传感器如果发生故障，就得立刻启用备用的传感器，以保证风力发电机的正常运作。齿轮箱正常工作与否对风力发电机有很大的影响，从风能向电能的转换过程也必须是在齿轮箱正常工作的情况下才能完成的。本设计技术对各方面的要求都比较高，例如：对温度的控制、油量的控制、发电机的控制等都要做到位，对出现问题的地方也要及时的停机维修，确保风力发电工程能够在安全的环境中有效进行。

3 基于PLC风力发电控制系统的设计方案

PLC是可编写程序的控制器，在PLC风力发电控制系统中，PLC作为系统的控制核心，可见其重要性。PLC风力发电控制系统的主要功能之一就是对风向的实时监控，通过对风向的监测判断来自动的调节叶片的工作位置和转速。基于PLC风力发电控制系统的设计方案要根据实际情况来制定，在充分了解风力发电原理的基础上，分别对PLC风力发电控制系统进行硬件和软件方面的设计。

在硬件设计方面，我们不仅要了解PLC控制系统具体的芯片型号，还要对PLC控制的各个模块进行严格的选择，尽量满足协议要求和相对应的接口要求，在软件设计方面，我们也要注重整个控制系统的模块划分问题，尽量保证每一个功能模块都能最大限度的发挥作用。在软件模块中，人机界面的主要功能就是输入命令，通过命令来指挥完成不同的任务，除此之外，我们也可以进行更改参数的操作。其次是显示系统，此模块可以实时的显示一些运行状态供我们了解，如果出现了故障，此模块也会及时地显示出来，方便我们解决问题，维护系统的安全；数据采集模块的作用也很大，它主要是利用传感器来采集一些有关风向的数据信息，并把这些信息实时的传递给PLC这个控制核心中去，帮助PLC去调节装置，提高系统的工作效率；偏航控制模块可以根据风向的变化来进行偏航、解缆等操作，此过程一般需要4台偏航电机同时工作；液压系统的主要功能就是为高速轴刹车与偏航刹车提供应有的压力；齿轮箱控制模块主要针对的是齿轮箱的温度、油泵等，它可以有效地控制这些东西，为风力发电系统保驾护航；最后就是温度控制模块，它可以对风力发电系统各个运行机构的温度进行有效控制，以此来保证风力发电机的正常运行。

采用可编程控制器PLC作为控制的核心，是比较明确的选择。基于PLC风力发电控制系统来制定设计方案，不仅可以降低系统故障的发生率，还可以提高系统控制器的可靠性，如今，我国计算机科学技术发展的极为迅速，采用面向对象的编程技术也将是未来最可靠的发展方向，丰富的功能函数方便了编程，并且编程还能实现复杂的控制思想，这在风力发电控制系统的设计上具有积极的意义。

4 结语

本文深入的研究了基于PLC风力发电控制系统的设计技术，并从各个方面介绍了控制系统的控制对象，希望可以让更多的人了解基于PLC风力发电控制系统的设计过程，除此之外，还希望能够帮助有关的研究人员，让他们能够满足各模块中高精度的控制要求，以此来提高风力发电系统的工作效率，为我国新能源的开采保驾护航。

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