基于plc風(fēng)力機(jī)變槳距控制系統(tǒng)研究

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1、學(xué)兔兔www.xuetutu.com第5期(總第168期)機(jī)械工程與自動(dòng)化No．52011年10月MECHANICALENGINEERING＆AUTOMA耵ONOct．文章編號(hào)：1672—6413(2011)10—0147—03基于PLC的風(fēng)力機(jī)變槳距控制系統(tǒng)研究張尚云，齊向東(太原科技大學(xué)電子信息工程學(xué)院，山西太原030024)摘要：設(shè)計(jì)了一種以西門子s7—300系列PLC為中心控制器的液壓變槳距控制系統(tǒng)，而且為了實(shí)現(xiàn)功率的平穩(wěn)調(diào)節(jié)引入了轉(zhuǎn)子電流控制器。通過軟、硬件的設(shè)計(jì)，較理想地實(shí)現(xiàn)了風(fēng)力機(jī)的液壓變槳距控制。關(guān)鍵詞：風(fēng)力發(fā)

2、電；西門子S-／一300PLC；液壓變槳距；轉(zhuǎn)子電流控制器中圖分類號(hào)：TP273：TK83文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：AO引言新型變槳距控制系統(tǒng)框圖見圖2。其工作過程隨著世界經(jīng)濟(jì)的深人發(fā)展，各國(guó)對(duì)能源的需求日為：在發(fā)電機(jī)并人電網(wǎng)之前，風(fēng)力發(fā)電機(jī)的轉(zhuǎn)速是根益加大，煤、石油等常規(guī)能源已經(jīng)面臨枯竭。目前風(fēng)據(jù)速度給定信號(hào)與發(fā)電機(jī)的轉(zhuǎn)速反饋信號(hào)由速度控制能成為最具有大規(guī)模開發(fā)前景的可再生資源，可有效器A來控制；發(fā)電機(jī)并入電網(wǎng)之后，速度控制器A地解決環(huán)境污染，緩解全球氣候變化和能源短缺問不再起作用，改由功率控制器和速度控制器B共同題?。起作用。其中功率控

3、制器的作用是根據(jù)反饋回來的風(fēng)目前投入運(yùn)行的風(fēng)力發(fā)電機(jī)組主要有兩類功率調(diào)力發(fā)電機(jī)的轉(zhuǎn)速給出與其相對(duì)應(yīng)的風(fēng)力機(jī)功率變化曲節(jié)方式：一類是定槳距失速控制；另一類是變槳距控線，再由轉(zhuǎn)子電流控制器調(diào)節(jié)發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)差率，調(diào)節(jié)發(fā)制。相對(duì)于定槳距失速控制的風(fēng)力發(fā)電機(jī)組，變槳距電機(jī)轉(zhuǎn)速，并確定其中速度控制器B的速度給定值。風(fēng)力發(fā)電機(jī)啟動(dòng)與制動(dòng)性能好，具有較高的風(fēng)能利用槳距角即節(jié)距給定的參考值由中心控制器根據(jù)風(fēng)力機(jī)率，并且在額定功率以上變槳距可以調(diào)節(jié)槳距角的大組運(yùn)行狀態(tài)給出。小從而改變?nèi)~片氣動(dòng)特性，提高風(fēng)力機(jī)在高風(fēng)速時(shí)的輸出功率。由于風(fēng)力機(jī)變槳距系統(tǒng)的

4、響應(yīng)速度受系統(tǒng)反應(yīng)速風(fēng)電網(wǎng)度的影響，使其不能跟隨快速變化的風(fēng)速，所以如果功率傳感器只通過變槳距控制器改變節(jié)距來控制風(fēng)力機(jī)的輸出功率，其控制效果并不理想。因此，為了更好地優(yōu)化輸出功率曲線，使功率曲線達(dá)到理想狀態(tài)，本設(shè)計(jì)在液壓變槳距控制的基礎(chǔ)上引入了轉(zhuǎn)子電流控制器。1變槳距風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的運(yùn)行過程圖1變槳距風(fēng)力發(fā)電簡(jiǎn)圖變槳距系統(tǒng)的功能是采用風(fēng)力機(jī)動(dòng)力系統(tǒng)和其控1．1啟動(dòng)過程制技術(shù)，使安裝在輪轂上的葉片可以跟隨變槳缸的左當(dāng)變槳距風(fēng)力機(jī)組在無風(fēng)狀態(tài)時(shí)(本系統(tǒng)設(shè)定右移動(dòng)而沿著縱軸的方向旋轉(zhuǎn)，改變槳葉的槳距角，風(fēng)速低于3．5m／s時(shí))，風(fēng)力

5、機(jī)組不工作，葉片處于達(dá)到改變風(fēng)力機(jī)組所獲得的空氣動(dòng)力轉(zhuǎn)矩的目的，從而順槳，槳距角位于90。位置，這樣氣流對(duì)槳葉不會(huì)產(chǎn)控制風(fēng)輪所吸收的能量，改善整個(gè)風(fēng)力機(jī)的能量吸收狀生作用；當(dāng)持續(xù)風(fēng)速高于3．5m／s，達(dá)到風(fēng)力機(jī)的啟況，有效地解決風(fēng)力機(jī)因風(fēng)速過大受力加大影響風(fēng)力機(jī)動(dòng)風(fēng)速時(shí)，風(fēng)力機(jī)將由停機(jī)狀態(tài)變?yōu)檫\(yùn)行狀態(tài)，中心使用壽命的問題J。圖1為變槳距風(fēng)力發(fā)電簡(jiǎn)圖?？刂破靼l(fā)出指令調(diào)節(jié)葉片使風(fēng)力機(jī)槳距角由90。．陜速圖1中，W為風(fēng)力機(jī)葉片轉(zhuǎn)速，P為反饋風(fēng)力機(jī)功地轉(zhuǎn)到待機(jī)角度9。(系統(tǒng)設(shè)定)，風(fēng)速繼續(xù)增加，當(dāng)率，p為風(fēng)力機(jī)機(jī)械功率額定值，口為槳距

6、角。增加并達(dá)到發(fā)電機(jī)并人電網(wǎng)條件時(shí)，要求風(fēng)力發(fā)電機(jī)收稿日期：2011—03—31；修回日期：2011—04—25作者簡(jiǎn)介：張尚云(1985一)，男，山東煙臺(tái)人，在讀碩士研究生，研究方向：電力電子與電力傳動(dòng)。學(xué)兔兔www.xuetutu.com·148·機(jī)械工程與自動(dòng)化2011年第5期進(jìn)入發(fā)電工作狀態(tài)，中心控制器發(fā)出指令繼續(xù)調(diào)節(jié)槳機(jī)具有最佳風(fēng)能吸收系數(shù)，滿足并網(wǎng)運(yùn)行條件，從而葉使槳距角由待機(jī)角度9。繼續(xù)減小到3。，此時(shí)風(fēng)力并網(wǎng)運(yùn)行。控制電壓A發(fā)電機(jī)B電網(wǎng)—_-1控制器Br熹給度發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)速最大功率給定功率電流給定控制器圖2新型變槳

7、距控制系統(tǒng)框圖1．2功率低于額定功率來；當(dāng)風(fēng)速降低(低于額定風(fēng)速)時(shí)，再將高于額當(dāng)風(fēng)力機(jī)并網(wǎng)穩(wěn)定運(yùn)行以后，如果風(fēng)速繼續(xù)降定風(fēng)速時(shí)所儲(chǔ)存的動(dòng)能釋放出來，從而調(diào)節(jié)功率曲線低，且持續(xù)低于額定風(fēng)速，即長(zhǎng)時(shí)間處于低風(fēng)速階以達(dá)到更加理想的狀態(tài)。段，此時(shí)變槳距控制器并不動(dòng)作，槳距角不改變，風(fēng)2變槳控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)力機(jī)槳距角始終保持在3。，此時(shí)風(fēng)力機(jī)輸出功率不2．1系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)受系統(tǒng)控制，而是根據(jù)葉片的氣動(dòng)性能隨風(fēng)速的變化本液壓變槳系統(tǒng)以750kW風(fēng)力發(fā)電機(jī)組作為實(shí)而不斷變化，風(fēng)力機(jī)始終保持運(yùn)行在風(fēng)機(jī)最大風(fēng)能利驗(yàn)對(duì)象，目前市場(chǎng)上應(yīng)用的變槳距控制有

8、電動(dòng)變槳距用系數(shù)C處。和電液伺服變槳距(液壓變槳距)兩種。相比較電1．3功率高于額定功率動(dòng)變槳距，液壓變槳距執(zhí)行機(jī)構(gòu)由于具有動(dòng)態(tài)響應(yīng)速由于風(fēng)速不斷變化，如果風(fēng)速轉(zhuǎn)而持續(xù)升高到高度快、單位體積小、轉(zhuǎn)矩大、便于集中布置、技術(shù)成于額定風(fēng)速，達(dá)到風(fēng)力機(jī)額定功率運(yùn)行條件時(shí)，風(fēng)力熟等優(yōu)點(diǎn)