摘要：針對風(fēng)能發(fā)電站在運行過程中具有隨機性、不確定性的特點，本文提出了采用西門子PLC S7-1200控制來對風(fēng)電場運行進(jìn)行監(jiān)測，通過偏航控制、槳距控制、轉(zhuǎn)速控制、風(fēng)機全自動啟動和運行狀態(tài)監(jiān)測，能實現(xiàn)對風(fēng)能發(fā)電站的電網(wǎng)、風(fēng)況和機組的運行狀況進(jìn)行監(jiān)測和記錄，對出現(xiàn)的異常情況能夠自行判斷并采取相應(yīng)的保護措施，并根據(jù)記錄的偏航角、槳距角、風(fēng)速等風(fēng)力發(fā)電機組的各項性能運行參數(shù)，生成系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)和干擾響應(yīng)曲線。實驗結(jié)果表明，該檢測系統(tǒng)能確保風(fēng)機的穩(wěn)定運行，提高了風(fēng)能的利用效率，大大緩解能源危機。

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

中圖分類號：TM614 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1007-9416（2016）10-0027-01

隨著經(jīng)濟的持續(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)電廠所排放的廢棄物。風(fēng)力發(fā)電作為一個無污染且再生的資源，對于發(fā)電行業(yè)有很大的促動和改善動力。由于科技水平的巨大提高，以及微型計算機和編程能力的提高，這對于風(fēng)電控制的研究又提供了新的途徑。

針對以往風(fēng)電控制中的部分不足，為此本文設(shè)計了一種基于PLC控制的風(fēng)電場運行監(jiān)測系統(tǒng)，該監(jiān)測系統(tǒng)能對電網(wǎng)、風(fēng)況和機組的運行狀況進(jìn)行監(jiān)測和記錄，對出現(xiàn)的異常情況能夠自行判斷并采取相應(yīng)的保護措施，能確保風(fēng)機穩(wěn)定運行，可提高風(fēng)能利用效率，大大緩解能源危機改善環(huán)境，推動了我國新能源的不斷發(fā)展。

1 基本原理

1.1 風(fēng)力機的特性

假設(shè)風(fēng)力機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)機功率，提高值，相應(yīng)的風(fēng)機功率也會提高。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)電機組存在兩個局限性：轉(zhuǎn)速局限性，體現(xiàn)在全部旋轉(zhuǎn)部件的機械強度存在局限性；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)力機的轉(zhuǎn)矩-速度特性

如圖1，變速風(fēng)力發(fā)電機組通過兩個運行段構(gòu)成，若低于額定風(fēng)速運行，它并非一直在最大線上運行。

2 系統(tǒng)硬件組成

系統(tǒng)硬件組成如圖2所示。上位機通過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通過一根PROFIBUS線與PM125進(jìn)行連接，PM125連接到E-WT對象的方式是將DT5019串口轉(zhuǎn)換器里的RS485信號轉(zhuǎn)換為USB串口信號傳輸?shù)紼-WT對象上。

3 監(jiān)控畫面

在上位機完成的監(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)機的偏航電機1、2、3、4處于綠色顯示狀態(tài)，標(biāo)明風(fēng)機的各偏航電機處于運行狀態(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，通過使用柱形圖，很直觀的顯示了風(fēng)電機組各部分的模擬量信號，如風(fēng)輪轉(zhuǎn)速、發(fā)電機溫度以及發(fā)電機效率等。

4 結(jié)語

本文完成了基于PLC控制的風(fēng)電場運行監(jiān)測系統(tǒng)的研究。通過對信號的采集和處理、偏航控制、槳距控制、轉(zhuǎn)速控制、風(fēng)機全自動啟動和運行狀態(tài)監(jiān)測，完成了對電網(wǎng)、風(fēng)況和機組的運行狀況進(jìn)行監(jiān)測和記錄，保證了風(fēng)力發(fā)電機組安全可靠運行、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)測性。

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收稿日期：2016-09-07

作者簡介：陳琴（1965—），女，上海人，大學(xué)本科，上海電氣電站集團電站工程公司，工程師，研究方向：機電設(shè)備安裝工程及監(jiān)測監(jiān)控。