浅析 PLC 技术在风力发电机组中的应用

摘要：近年来，风力发电已经成为全球新能源发展中的重要组成部分，它在清洁能源领域占据着重要地位。风力发电的工作原理是通过风轮旋转带动发电机进行发电。由于气候和地形等因素的影响，风速和方向常常会发生变化，因此需要一个智能化的控制系统来协调发电机的输出功率。在风力发电控制系统中，PLC 控制器以其稳定、高效和易于维护的特点成为主要的控制手段。

关键词：PLC 技术、风力发电、应用

作者：胡博，新疆风能有限责任公司

引言：目前我国新能源开采技术种类很多，风力发电技术是比较成熟的技术之一。风力发电需要风能，风机的叶片在风下旋转，然后与齿轮箱、发电机、变频器等系统配合，从而达到发电的目的。考虑到风电机组运行环境恶劣的特点，我们需要确保风电机组控制系统具备可靠性和抗干扰能力。在风电机组运行过程中，准确测量参数并合理控制策略，能够准确识别故障位置并及时处理。由于风电机组控制涉及较多的顺序控制，并且需要对开关量、数字量和模拟量信号进行合理处理，因此需要分析风电机组的控制特征和要求，以选择满足需求的PLC 控制器。在风力发电机组中常见的 PLC 厂家有西门子、倍福、三菱、欧姆龙等。

1.PLC 系统的工作原理

PLC 的工作原理是基于输入和输出倍号的逻辑运算。它接收来自传感器和其他输入设备的信号，经过内部的逻辑运算和处理，然后通过输出模块控制执行器和其他输出设备。这种信号的输入和输出过程可以通过编程进行灵活的控制和调整。

PLC 的工作原理主要包括以下几个方面：

1.程序：PLC 的程序通常使用基于图形化编程语言(如梯形图)的编程软件进行编写。程序中包含了各种逻辑运算、条件判断和控制指令，用于控制和监控生产过程中的各个设备。

2.中央处理单元(CPU):CPU 是 PLC 的核心部件，负责接收和处理输入信号，执行编程逻辑，并控制输出信号。它包含一个微处理器和内存单元，用于存储和执行用户编写的程序。

3.输入模块：PLC 通过输入模块接收来自传感器、开关和其他输入设备的信号，这些输入信号可以是数字信号(如开关状态)或模拟信号(如温度、压力等),输入模块将这些信号转换为数字信号，然后传递给 PLC 的中央处理单元(CPU)进行处理，

4.输出模块：PLC 通过输出模块控制执行器、电机和其他输出设备的操作。输出模块接收 CPU发送的控制信号，并将其转换为适合输出设备的倍号类型，如电压、电流等。这些信号将被传递给输出设备，从而实现对生产过程的控制。

5.通讯：PLC 通信的原理包括故据的传输和处理。在数据传输方面，PLC 通过通信接口发送和接收数据。发送数据时，PLC 将数据封装成数据帧，并通过通信接口发送出去。接收数据时，PLC 通过通信接口接收到数据帧，并将其解析成数据。在数据处理方面，PLC 通过编程来处理接收到的数据，进行数据解析和转换。这样，PLC 就可以实现对数据的处理，以满足自动化控制的需求，

2.PLC 的在风力发电机组中的应用

PLC 是整个风力发电控制系统的核心，它不仅具有接收和发射信号的功能，而且可以对一些采集到的信号进行精确的处理和分析。首先，风力发电控制系统需要实时监测风力发电机组的运行状态和环境条件。为此，系统会安装多个传感器来测量风速、风向、温度、振动等参数。这些传感器将采集到的数据发送给 PLC 或控制设备进行处理。 其次，基于传感器采集到的数据，控制系统会根据预设的算法和控制策略来调整风力发电机组的运行参数。例如，根据风速的变化，系统可以自动调整导叶的角度，以最大限度地捕捉风能。同时，系统还可以根据负荷需求和电网要求，调整转子的转速和发电机的输出功率。 在风力发电机组运行过程中，控制系统还需要实时监测各个部件的状态，如发电机、齿轮箱、润滑系统等。如果发现异常情况或故障，系统会立即采取相应的措施，如停机保护或自动切换备用装置，以避免进一步损坏或事故发生。 此外，风力发电控制系统还可以与其他设备和系统进行联动。例如，通过与 SCADA（监控与数据采集系统）的连接，系统可以实现对风力发电机组的远程监控和数据采集。同时，系统还可以与电网进行通信，以实现对发电功率的调节和接入电网的同步。总之，风力发电控制系统通过实时监测和调整风力发电机组的运行参数和状态，以最大限度地提高发电效率和稳定性。这种自动化控制系统的工作原理为风力发电行业的可靠运行和发展提供了重要支持。

3.PLC 的优点

PLC 通过与风机的各个设备连接,运用 PLC 的高速数据采集功能和精确的测量模块，可以对风力发电系统进行精确的监测和分析，以优化系统运行。针对风力发电系统中的各个关键设备，PLC 可以实现自动控制和调节，以实现最佳的发电效率和系统运行稳定,PLC 在风力发电系统中承担着重要的保护功能。当系统中出现异常情况，如过载、电网故障等，PLC 能够快速响应并采取相应措施，保护设备的安全运行。此外，PLC 还可以实施对风力发电机组的远程故障排除和诊断，提高系统的可靠性和保护效率。PLC 通过与远程监控系统的连接，可以实现对风力发电系统的远程监控和管理。监控中心可以通过 PLC 获取发电机组的运行状杰、功率输出等信息，实时监测系统的运行情况，并可对系统进行远程控制和调节，提高系统的运行效率和管理水平。

4.PLC 软冗余系统的工作原理

风力发电 PLC 软冗余系统通常由两个或多个相同的 PLC 控制器组成，采用主站和从站的组合的方式，这些控制器通过网络连接在一起，并共享输入输出（I/O）设备和传感器。 其次，主控制器负责实时监测风力发电机组的状态和环境参数，并执行控制算法来调整运行参数。同时，主控制器将采集到的数据和控制指令发送给备用控制器。 在正常运行情况下，备用控制器处于待命状态，即不进行任何操作。然而，如果主控制器出现故障或失效，备用控制器会立即接管控制权，并继续执行之前的任务。这种切换过程通常是无缝的，以确保系统的连续性和稳定性。 此外，风力发电 PLC 软冗余系统还会对主控制器和备用控制器进行周期性的状态检测和通信测试。如果检测到主控制器故障或通信中断，备用控制器将发出警报并采取相应的措施，如重新启动主控制器或切换到其他备用控制器。 总之，风力发电 PLC软冗余系统通过使用多个 PLC 控制器并实现自动切换，提高了系统的可靠性和稳定性。当主控制器出现故障时，备用控制器能够立即接管控制权，确保风力发电机组的正常运行。这种软冗余系统的工作原理为风力发电行业提供了更高水平的安全性和可靠性。

综上所述，PLC 在风力发电系统中扮演着至关重要的角色，为系统的实时监测、控制和保护提供了可靠的解决方案。通过 PLC 的应用，可以实现对风力发电机组各个部件的智能化控制，提高发电效率和运行稳定性，随着风力发电技术的不断发展和应用范围的扩大，PLC的作用将会更加突出，对风力发电行业的发展产生深远的影响。