歐姆龍PLC在風電機組變槳距系統(tǒng)中的應用分析

　　摘 要在風力發(fā)電系統(tǒng)中，變槳距控制技術關系到風力發(fā)電機組的安全可靠運行，影響風力機的使用壽命，通過控制槳距角使輸出功率平穩(wěn)、減小轉(zhuǎn)矩振蕩、減小機艙振蕩，不但優(yōu)化了輸出功率，而且有效的降低的噪音，穩(wěn)定發(fā)電機的輸出功率，改善槳葉和整機的受力狀況。變槳距風力發(fā)電機比定槳距風力發(fā)電機具有更好的風能捕捉特性，現(xiàn)代的大型風力發(fā)電機大多采用變槳距控制。本文針對國外某知名風電公司液壓變槳距風力機，采用可編程控制器（PLC）作為風力發(fā)電機的變槳距控制器。這種變槳控制器具有控制方式靈活，編程簡單，抗干擾能力強等特點。本文介紹了液壓變槳距系統(tǒng)的工作原理，設計了變槳控制器的軟件系統(tǒng)。最后在國外某知名風電公司風力發(fā)電機組上做了實驗，驗證了將該變槳距控制器可以在變槳距風力機上安全、穩(wěn)定運行的。

　　關鍵詞變槳距;風力發(fā)電機;可編程控制器

　　1 引言

　　隨著風電技術的不斷成熟與發(fā)展，變槳距風力發(fā)電機的優(yōu)越性顯得更加突出既能提高風力機運行的可靠性，又能保證高的風能利用系數(shù)和不斷優(yōu)化的輸出功率曲線。采用變槳距機構的風力機可使葉輪重量減輕，使整機的受力狀況大為改善，使風電機組有可能在不同風速下始終保持最佳轉(zhuǎn)換效率，使輸出功率最大，從而提高系統(tǒng)性能。隨著風電機組功率等級的增加，采用變槳距技術已是大勢所趨。目前變槳執(zhí)行機構主要有兩種液壓變槳距和電動變槳距，按其控制方式可分為統(tǒng)一變槳和獨立變槳兩種。在統(tǒng)一變槳基礎上發(fā)展起來的獨立變槳距技術，每支葉片根據(jù)自己的控制規(guī)律獨立地變化槳距角，可以有效解決槳葉和塔架等部件的載荷不均勻問題，具有結構緊湊簡單、易于施加各種控制、可靠性高等優(yōu)勢，越來越受到國際風電市場的歡迎。

　　兆瓦級變速恒頻變槳距風電機組是目前國際上技術比較先進的風力機型，從今后的發(fā)展趨勢看，必然取代定槳距風力機而成為風力發(fā)電機組的主力機型。其中變槳距技術在變速恒頻風力機研究中占有重要地位，是變速恒頻技術實現(xiàn)的前提條件。研究這種技術，提高風電機組的柔性，延長機組的壽命，是目前國外研究的熱點，但是國內(nèi)對此研究甚少，對這一前瞻性課題進行立項資助，掌握具備自主知識產(chǎn)權的獨立變槳控制技術，對于打破發(fā)達國家對先進的風力發(fā)電技術的壟斷，促進我國風力發(fā)電事業(yè)的進一步發(fā)展具有重要意義。

　　為了獲得足夠的起在變槳距系統(tǒng)中需要具有高可靠性的控制器，本文中采用了OMRON公司的CJ1M系列可編程控制器作為變槳距系統(tǒng)的控制器，并設計了PLC軟件程序，在國外某知名風電公司風力發(fā)電機組上作了實驗。

　　2 變槳距風力機及其控制方式

　　變槳距調(diào)速是現(xiàn)代風力發(fā)電機主要的調(diào)速方式之一，如圖1所示為變槳距風力發(fā)電機的簡圖。調(diào)速裝置通過增大槳距角的方式減小由于風速增大使葉輪轉(zhuǎn)速加快的趨勢。當風速增大時，變槳距液壓缸動作，推動葉片向槳距角增大的方向轉(zhuǎn)動使葉片吸收的風能減少，維持風輪運轉(zhuǎn)在額定轉(zhuǎn)速范圍內(nèi)。當風速減小時，實行相反操作，實現(xiàn)風輪吸收的功率能基本保持恒定。液壓控制系統(tǒng)具有傳動力矩大、重量輕、剛度大、定位精確、液壓執(zhí)行機構動態(tài)響應速度快等優(yōu)點，能夠保證更加快速、準確地把葉片調(diào)節(jié)至預定節(jié)距［4］［5］。目前國內(nèi)生產(chǎn)和運行的大型風力發(fā)電機的變距裝置大多采用液壓系統(tǒng)作為動力系統(tǒng)。

　　圖1 變槳距風力發(fā)電機簡圖

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