摘要：針對(duì)風(fēng)能發(fā)電站在運(yùn)行過(guò)程中具有隨機(jī)性、不確定性的特點(diǎn)，本文提出了采用西門(mén)子PLC S7-1200控制來(lái)對(duì)風(fēng)電場(chǎng)運(yùn)行進(jìn)行監(jiān)測(cè)，通過(guò)偏航控制、槳距控制、轉(zhuǎn)速控制、風(fēng)機(jī)全自動(dòng)啟動(dòng)和運(yùn)行狀態(tài)監(jiān)測(cè)，能實(shí)現(xiàn)對(duì)風(fēng)能發(fā)電站的電網(wǎng)、風(fēng)況和機(jī)組的運(yùn)行狀況進(jìn)行監(jiān)測(cè)和記錄，對(duì)出現(xiàn)的異常情況能夠自行判斷并采取相應(yīng)的保護(hù)措施，并根據(jù)記錄的偏航角、槳距角、風(fēng)速等風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的各項(xiàng)性能運(yùn)行參數(shù)，生成系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)和干擾響應(yīng)曲線(xiàn)。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，該檢測(cè)系統(tǒng)能確保風(fēng)機(jī)的穩(wěn)定運(yùn)行，提高了風(fēng)能的利用效率，大大緩解能源危機(jī)。

關(guān)鍵詞：PLC 風(fēng)電場(chǎng) 電網(wǎng) 監(jiān)測(cè) 發(fā)電機(jī)

中圖分類(lèi)號(hào)：TM614 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1007-9416（2016）10-0027-01

隨著經(jīng)濟(jì)的持續(xù)推進(jìn)和居民生活質(zhì)量的提高，大量不可再生資源例如石油、煤炭讓生態(tài)系統(tǒng)擔(dān)負(fù)了很大的壓力，此外造成生態(tài)系統(tǒng)很大負(fù)擔(dān)的還有火力發(fā)電廠(chǎng)所排放的廢棄物。風(fēng)力發(fā)電作為一個(gè)無(wú)污染且再生的資源，對(duì)于發(fā)電行業(yè)有很大的促動(dòng)和改善動(dòng)力。由于科技水平的巨大提高，以及微型計(jì)算機(jī)和編程能力的提高，這對(duì)于風(fēng)電控制的研究又提供了新的途徑。

針對(duì)以往風(fēng)電控制中的部分不足，為此本文設(shè)計(jì)了一種基于PLC控制的風(fēng)電場(chǎng)運(yùn)行監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，該監(jiān)測(cè)系統(tǒng)能對(duì)電網(wǎng)、風(fēng)況和機(jī)組的運(yùn)行狀況進(jìn)行監(jiān)測(cè)和記錄，對(duì)出現(xiàn)的異常情況能夠自行判斷并采取相應(yīng)的保護(hù)措施，能確保風(fēng)機(jī)穩(wěn)定運(yùn)行，可提高風(fēng)能利用效率，大大緩解能源危機(jī)改善環(huán)境，推動(dòng)了我國(guó)新能源的不斷發(fā)展。

1 基本原理

1.1 風(fēng)力機(jī)的特性

假設(shè)風(fēng)力機(jī)的槳葉是可變距的并且是剛性的。風(fēng)輪吸收的功率為：

式中：為風(fēng)輪吸收的功率；為空氣密度；為風(fēng)輪掃掠面積；為功率系數(shù)；為葉尖速比；為槳葉節(jié)距角；為風(fēng)速。

由上面的公式得到，對(duì)于給定的系統(tǒng)，風(fēng)速保持恒定，在風(fēng)速給定的情況下，功率系數(shù)決定了風(fēng)機(jī)功率，提高值，相應(yīng)的風(fēng)機(jī)功率也會(huì)提高。要想導(dǎo)出最佳功率與轉(zhuǎn)速的立方成正比：則必須把轉(zhuǎn)速換成風(fēng)速，這樣才能得出功率和轉(zhuǎn)速存在函數(shù)關(guān)系，即。

綜上所述，變速風(fēng)力發(fā)電機(jī)組存在兩個(gè)局限性：轉(zhuǎn)速局限性，體現(xiàn)在全部旋轉(zhuǎn)部件的機(jī)械強(qiáng)度存在局限性；功率局限性，體現(xiàn)在全部電路及電力電子器件存在局限性。

1.2 風(fēng)力機(jī)的轉(zhuǎn)矩-速度特性

如圖1，變速風(fēng)力發(fā)電機(jī)組通過(guò)兩個(gè)運(yùn)行段構(gòu)成，若低于額定風(fēng)速運(yùn)行，它并非一直在最大線(xiàn)上運(yùn)行。

2 系統(tǒng)硬件組成

系統(tǒng)硬件組成如圖2所示。上位機(jī)通過(guò)Profinet工業(yè)以太網(wǎng)與S7-1200的以太網(wǎng)接口連接，控制器的通訊模塊CM1243-5通過(guò)一根PROFIBUS線(xiàn)與PM125進(jìn)行連接，PM125連接到E-WT對(duì)象的方式是將DT5019串口轉(zhuǎn)換器里的RS485信號(hào)轉(zhuǎn)換為USB串口信號(hào)傳輸?shù)紼-WT對(duì)象上。

3 監(jiān)控畫(huà)面

在上位機(jī)完成的監(jiān)控界面中，我們從圖3中可以看出，數(shù)字量監(jiān)控模塊上，風(fēng)機(jī)的偏航電機(jī)1、2、3、4處于綠色顯示狀態(tài)，標(biāo)明風(fēng)機(jī)的各偏航電機(jī)處于運(yùn)行狀態(tài)，電纜扭轉(zhuǎn)處于紅色顯示狀態(tài)，標(biāo)明偏航電纜正常，并未扭轉(zhuǎn)。模擬量監(jiān)控模塊上，通過(guò)使用柱形圖，很直觀(guān)的顯示了風(fēng)電機(jī)組各部分的模擬量信號(hào)，如風(fēng)輪轉(zhuǎn)速、發(fā)電機(jī)溫度以及發(fā)電機(jī)效率等。

4 結(jié)語(yǔ)

本文完成了基于PLC控制的風(fēng)電場(chǎng)運(yùn)行監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的研究。通過(guò)對(duì)信號(hào)的采集和處理、偏航控制、槳距控制、轉(zhuǎn)速控制、風(fēng)機(jī)全自動(dòng)啟動(dòng)和運(yùn)行狀態(tài)監(jiān)測(cè)，完成了對(duì)電網(wǎng)、風(fēng)況和機(jī)組的運(yùn)行狀況進(jìn)行監(jiān)測(cè)和記錄，保證了風(fēng)力發(fā)電機(jī)組安全可靠運(yùn)行、獲取最大能量和提供高質(zhì)量的電能，能夠很好地處理風(fēng)的高度可變性、間歇性和不可預(yù)測(cè)性。

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收稿日期：2016-09-07

作者簡(jiǎn)介：陳琴（1965—），女，上海人，大學(xué)本科，上海電氣電站集團(tuán)電站工程公司，工程師，研究方向：機(jī)電設(shè)備安裝工程及監(jiān)測(cè)監(jiān)控。