摘要：近年來(lái)，風(fēng)力發(fā)電已經(jīng)成為全球新能源發(fā)展中的重要組成部分，它在清潔能源領(lǐng)域占據(jù)著重要地位。風(fēng)力發(fā)電的工作原理是通過(guò)風(fēng)輪旋轉(zhuǎn)帶動(dòng)發(fā)電機(jī)進(jìn)行發(fā)電。由于氣候和地形等因素的影響，風(fēng)速和方向常常會(huì)發(fā)生變化，因此需要一個(gè)智能化的控制系統(tǒng)來(lái)協(xié)調(diào)發(fā)電機(jī)的輸出功率。在風(fēng)力發(fā)電控制系統(tǒng)中，PLC 控制器以其穩(wěn)定、高效和易于維護(hù)的特點(diǎn)成為主要的控制手段。
關(guān)鍵詞：PLC 技術(shù)、風(fēng)力發(fā)電、應(yīng)用
作者：胡博，新疆風(fēng)能有限責(zé)任公司
引言：目前我國(guó)新能源開(kāi)采技術(shù)種類很多，風(fēng)力發(fā)電技術(shù)是比較成熟的技術(shù)之一。風(fēng)力發(fā)電需要風(fēng)能，風(fēng)機(jī)的葉片在風(fēng)下旋轉(zhuǎn)，然后與齒輪箱、發(fā)電機(jī)、變頻器等系統(tǒng)配合，從而達(dá)到發(fā)電的目的。考慮到風(fēng)電機(jī)組運(yùn)行環(huán)境惡劣的特點(diǎn)，我們需要確保風(fēng)電機(jī)組控制系統(tǒng)具備可靠性和抗干擾能力。在風(fēng)電機(jī)組運(yùn)行過(guò)程中，準(zhǔn)確測(cè)量參數(shù)并合理控制策略，能夠準(zhǔn)確識(shí)別故障位置并及時(shí)處理。由于風(fēng)電機(jī)組控制涉及較多的順序控制，并且需要對(duì)開(kāi)關(guān)量、數(shù)字量和模擬量信號(hào)進(jìn)行合理處理，因此需要分析風(fēng)電機(jī)組的控制特征和要求，以選擇滿足需求的PLC 控制器。在風(fēng)力發(fā)電機(jī)組中常見(jiàn)的 PLC 廠家有西門(mén)子、倍福、三菱、歐姆龍等。
1.PLC 系統(tǒng)的工作原理
PLC 的工作原理是基于輸入和輸出倍號(hào)的邏輯運(yùn)算。它接收來(lái)自傳感器和其他輸入設(shè)備的信號(hào)，經(jīng)過(guò)內(nèi)部的邏輯運(yùn)算和處理，然后通過(guò)輸出模塊控制執(zhí)行器和其他輸出設(shè)備。這種信號(hào)的輸入和輸出過(guò)程可以通過(guò)編程進(jìn)行靈活的控制和調(diào)整。
PLC 的工作原理主要包括以下幾個(gè)方面：
1.程序：PLC 的程序通常使用基于圖形化編程語(yǔ)言(如梯形圖)的編程軟件進(jìn)行編寫(xiě)。程序中包含了各種邏輯運(yùn)算、條件判斷和控制指令，用于控制和監(jiān)控生產(chǎn)過(guò)程中的各個(gè)設(shè)備。
2.中央處理單元(CPU):CPU 是 PLC 的核心部件，負(fù)責(zé)接收和處理輸入信號(hào)，執(zhí)行編程邏輯，并控制輸出信號(hào)。它包含一個(gè)微處理器和內(nèi)存單元，用于存儲(chǔ)和執(zhí)行用戶編寫(xiě)的程序。
3.輸入模塊：PLC 通過(guò)輸入模塊接收來(lái)自傳感器、開(kāi)關(guān)和其他輸入設(shè)備的信號(hào)，這些輸入信號(hào)可以是數(shù)字信號(hào)(如開(kāi)關(guān)狀態(tài))或模擬信號(hào)(如溫度、壓力等),輸入模塊將這些信號(hào)轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào)，然后傳遞給 PLC 的中央處理單元(CPU)進(jìn)行處理，
4.輸出模塊：PLC 通過(guò)輸出模塊控制執(zhí)行器、電機(jī)和其他輸出設(shè)備的操作。輸出模塊接收 CPU發(fā)送的控制信號(hào)，并將其轉(zhuǎn)換為適合輸出設(shè)備的倍號(hào)類型，如電壓、電流等。這些信號(hào)將被傳遞給輸出設(shè)備，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)生產(chǎn)過(guò)程的控制。
5.通訊：PLC 通信的原理包括故據(jù)的傳輸和處理。在數(shù)據(jù)傳輸方面，PLC 通過(guò)通信接口發(fā)送和接收數(shù)據(jù)。發(fā)送數(shù)據(jù)時(shí)，PLC 將數(shù)據(jù)封裝成數(shù)據(jù)幀，并通過(guò)通信接口發(fā)送出去。接收數(shù)據(jù)時(shí)，PLC 通過(guò)通信接口接收到數(shù)據(jù)幀，并將其解析成數(shù)據(jù)。在數(shù)據(jù)處理方面，PLC 通過(guò)編程來(lái)處理接收到的數(shù)據(jù)，進(jìn)行數(shù)據(jù)解析和轉(zhuǎn)換。這樣，PLC 就可以實(shí)現(xiàn)對(duì)數(shù)據(jù)的處理，以滿足自動(dòng)化控制的需求，
2.PLC 的在風(fēng)力發(fā)電機(jī)組中的應(yīng)用
PLC 是整個(gè)風(fēng)力發(fā)電控制系統(tǒng)的核心，它不僅具有接收和發(fā)射信號(hào)的功能，而且可以對(duì)一些采集到的信號(hào)進(jìn)行精確的處理和分析。首先，風(fēng)力發(fā)電控制系統(tǒng)需要實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的運(yùn)行狀態(tài)和環(huán)境條件。為此，系統(tǒng)會(huì)安裝多個(gè)傳感器來(lái)測(cè)量風(fēng)速、風(fēng)向、溫度、振動(dòng)等參數(shù)。這些傳感器將采集到的數(shù)據(jù)發(fā)送給 PLC 或控制設(shè)備進(jìn)行處理。其次，基于傳感器采集到的數(shù)據(jù)，控制系統(tǒng)會(huì)根據(jù)預(yù)設(shè)的算法和控制策略來(lái)調(diào)整風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的運(yùn)行參數(shù)。例如，根據(jù)風(fēng)速的變化，系統(tǒng)可以自動(dòng)調(diào)整導(dǎo)葉的角度，以最大限度地捕捉風(fēng)能。同時(shí)，系統(tǒng)還可以根據(jù)負(fù)荷需求和電網(wǎng)要求，調(diào)整轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)速和發(fā)電機(jī)的輸出功率。在風(fēng)力發(fā)電機(jī)組運(yùn)行過(guò)程中，控制系統(tǒng)還需要實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)各個(gè)部件的狀態(tài)，如發(fā)電機(jī)、齒輪箱、潤(rùn)滑系統(tǒng)等。如果發(fā)現(xiàn)異常情況或故障，系統(tǒng)會(huì)立即采取相應(yīng)的措施，如停機(jī)保護(hù)或自動(dòng)切換備用裝置，以避免進(jìn)一步損壞或事故發(fā)生。此外，風(fēng)力發(fā)電控制系統(tǒng)還可以與其他設(shè)備和系統(tǒng)進(jìn)行聯(lián)動(dòng)。例如，通過(guò)與 SCADA（監(jiān)控與數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)）的連接，系統(tǒng)可以實(shí)現(xiàn)對(duì)風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的遠(yuǎn)程監(jiān)控和數(shù)據(jù)采集。同時(shí)，系統(tǒng)還可以與電網(wǎng)進(jìn)行通信，以實(shí)現(xiàn)對(duì)發(fā)電功率的調(diào)節(jié)和接入電網(wǎng)的同步。總之，風(fēng)力發(fā)電控制系統(tǒng)通過(guò)實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)和調(diào)整風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的運(yùn)行參數(shù)和狀態(tài)，以最大限度地提高發(fā)電效率和穩(wěn)定性。這種自動(dòng)化控制系統(tǒng)的工作原理為風(fēng)力發(fā)電行業(yè)的可靠運(yùn)行和發(fā)展提供了重要支持。
3.PLC 的優(yōu)點(diǎn)
PLC 通過(guò)與風(fēng)機(jī)的各個(gè)設(shè)備連接,運(yùn)用 PLC 的高速數(shù)據(jù)采集功能和精確的測(cè)量模塊，可以對(duì)風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)進(jìn)行精確的監(jiān)測(cè)和分析，以優(yōu)化系統(tǒng)運(yùn)行。針對(duì)風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)中的各個(gè)關(guān)鍵設(shè)備，PLC 可以實(shí)現(xiàn)自動(dòng)控制和調(diào)節(jié)，以實(shí)現(xiàn)最佳的發(fā)電效率和系統(tǒng)運(yùn)行穩(wěn)定,PLC 在風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)中承擔(dān)著重要的保護(hù)功能。當(dāng)系統(tǒng)中出現(xiàn)異常情況，如過(guò)載、電網(wǎng)故障等，PLC 能夠快速響應(yīng)并采取相應(yīng)措施，保護(hù)設(shè)備的安全運(yùn)行。此外，PLC 還可以實(shí)施對(duì)風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的遠(yuǎn)程故障排除和診斷，提高系統(tǒng)的可靠性和保護(hù)效率。PLC 通過(guò)與遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)的連接，可以實(shí)現(xiàn)對(duì)風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)的遠(yuǎn)程監(jiān)控和管理。監(jiān)控中心可以通過(guò) PLC 獲取發(fā)電機(jī)組的運(yùn)行狀杰、功率輸出等信息，實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的運(yùn)行情況，并可對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行遠(yuǎn)程控制和調(diào)節(jié)，提高系統(tǒng)的運(yùn)行效率和管理水平。
4.PLC 軟冗余系統(tǒng)的工作原理
風(fēng)力發(fā)電 PLC 軟冗余系統(tǒng)通常由兩個(gè)或多個(gè)相同的 PLC 控制器組成，采用主站和從站的組合的方式，這些控制器通過(guò)網(wǎng)絡(luò)連接在一起，并共享輸入輸出（I/O）設(shè)備和傳感器。其次，主控制器負(fù)責(zé)實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的狀態(tài)和環(huán)境參數(shù)，并執(zhí)行控制算法來(lái)調(diào)整運(yùn)行參數(shù)。同時(shí)，主控制器將采集到的數(shù)據(jù)和控制指令發(fā)送給備用控制器。在正常運(yùn)行情況下，備用控制器處于待命狀態(tài)，即不進(jìn)行任何操作。然而，如果主控制器出現(xiàn)故障或失效，備用控制器會(huì)立即接管控制權(quán)，并繼續(xù)執(zhí)行之前的任務(wù)。這種切換過(guò)程通常是無(wú)縫的，以確保系統(tǒng)的連續(xù)性和穩(wěn)定性。此外，風(fēng)力發(fā)電 PLC 軟冗余系統(tǒng)還會(huì)對(duì)主控制器和備用控制器進(jìn)行周期性的狀態(tài)檢測(cè)和通信測(cè)試。如果檢測(cè)到主控制器故障或通信中斷，備用控制器將發(fā)出警報(bào)并采取相應(yīng)的措施，如重新啟動(dòng)主控制器或切換到其他備用控制器。總之，風(fēng)力發(fā)電 PLC軟冗余系統(tǒng)通過(guò)使用多個(gè) PLC 控制器并實(shí)現(xiàn)自動(dòng)切換，提高了系統(tǒng)的可靠性和穩(wěn)定性。當(dāng)主控制器出現(xiàn)故障時(shí)，備用控制器能夠立即接管控制權(quán)，確保風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的正常運(yùn)行。這種軟冗余系統(tǒng)的工作原理為風(fēng)力發(fā)電行業(yè)提供了更高水平的安全性和可靠性。
綜上所述，PLC 在風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)中扮演著至關(guān)重要的角色，為系統(tǒng)的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)、控制和保護(hù)提供了可靠的解決方案。通過(guò) PLC 的應(yīng)用，可以實(shí)現(xiàn)對(duì)風(fēng)力發(fā)電機(jī)組各個(gè)部件的智能化控制，提高發(fā)電效率和運(yùn)行穩(wěn)定性，隨著風(fēng)力發(fā)電技術(shù)的不斷發(fā)展和應(yīng)用范圍的擴(kuò)大，PLC的作用將會(huì)更加突出，對(duì)風(fēng)力發(fā)電行業(yè)的發(fā)展產(chǎn)生深遠(yuǎn)的影響。