1、风电行业市场及 PLC 应用简析摘要：风能是一种清洁、可再生的能源，在发电这一领域具有巨大的开发潜力和商业活力。随着科技的不断进步，计算机和可编程控制的科研水平也在提升，这对于风电控制的研究又提供了新的途径。本文就风电行业市场进行阐述，并对可控制编程器（PLC）为主控制器的风电机组控制系统应用进行详细的分析，以供参考问。 关键词：风电行业；市场；PLC；温度控制；偏航 中图分类号： F407.61 文献标识码： A 一、行业概况 2012 年，中国(不包括台湾地区)新增安装风电机组 7872 台、装机容量 12960MW.同比下降 26.5%;累计安装风电机组 53764 台，装机容量7532
2、4.2MW，同比增长 20.8%。 图 12005-2012 年中国风电装机容量 2012 年，中国海上风电新增装机 46 台，容量达到 127MW，其中潮间带装机量为 113MW，占海上风电新增装机总量的 89%。截止 2012 年底，中国已建成的海上风电项目共计 3896MW，是除英国、丹麦以外海上风电装机最多的国家。 二、应用状况 受困于整体经济形势的不好，存款准备金率较高，风电行业得到的资金支持也偏少，而风电行业经过几年的快速发展，不再单纯的追求速度，需要从发展质量上寻求突破，开发商越来越关注风机质量和发电效率，形势上也要求风电发展的速度要有一定的下降。同时，近两年受到“弃风限电”和新
3、能源补贴资金发放不到位的影响，开发商的资金压力加大，并将资金压力传导到风电设备制造商身上，影响了风电项目的开展和风电机组的研发制造。 三、概述 PLC 及其工作原理 （一） 、PLC 简介 编程控制器（Programmable Logic Controller）简称为 PLC。PLC最早是由六十年代末美国通用公司的末迪康提出来的。新时期 PLC 的发展方向有以下几个方面：内部硬件做到高速化，系统化，模块化，容量大，品种多；内部软件做到用户编程语言多样化，通信方面更加快捷，各国家各企业都可方便联系，向大规模联方向发展网，减少功耗，体积减小，整体轻巧，减少赘余。 （二） 、PLC 的工作原理 PL
4、C 的操作模式有两种，分别为运行（RUN）模式和停止（STOP）模式。PLC 的工作方式是周而复始、不断循环的，称为扫描工作方式。PLC一开始启动后先要对硬件和内部软件进行初始化工作。PLC 要连续不停地分阶段处理各种任务和程序。在运行模式，控制器执行内部程序来实现控制管理，其过程是读取输入，将数据信息存放在输入过程映像寄存器和输出过程映像寄存器中，执行用户程序，CPU 从指令的第一条开始执行，逐条执行用户的程序，然后进行通信处理，接受请求方信息并将信息传递给对方，紧接着自诊断检查，定期检查处理器内操作和各模块工作状态，最后是改写输出，CPU 执行完用户程序后，将输出过程映像寄存器中数据传输到
5、输出模块，并且锁存数据，这一阶段的工作完成，控制器就进入下一阶段重新对另一用户程序开始工作，一直循环下去。 四、PLC 的应用 （一） 、发电机启动程序 发电机启动程序中包括系统总启动、风速模拟量输入、与正常风速参数比较、启动电动机和显示等部分。 在风力发电控制系统中需要用到模拟量的输入和 A/D 转换值的转换。假设模拟量的标准电信号为 A0-Am（例如：4-20mA） ，A/D 转换以后的数值为 D0-Dm（例如6400-32000 ） ，模拟量的标准电信号是 A，A/D 转换后的相应数值为 D，由于是线性关系，函数关系 A=f（D）可以表示为数学方程： A=(D-D0)(Am-A0)/(D
6、m-D0)+A0 根据该方程，可以依据 D 的值计算出 A 值。将该方程逆变换，得出函数关系 D=f（A）可以表示为数学方程： D=(A-A0)(Dm-D0)/(Am-A0)+D0 在以下程序中遇到模拟量转换，用上式对数据进行计算便可以有效地得出数字量。 图 2 系统总启动、模拟量转换梯形图 网络 1 中，I0.0 是系统总启动开关。当系统启动时，外部风速模拟量由 EM231 输入模块读入，该模块的第一个通道连接一块带 4-20mA 变送输出的风速显示仪表，转换为数值 6400-32000。该仪表的量程设置为 0-20m/s，即 0m/s 时输出 4mA，20m/s 时输出 20mA。风速显示
7、仪的铂电阻输入端接入一个 220 欧姆可调电位器。可以用公式 4.3 说明模拟量转换过程。X 表示输入的模拟量，D 表示转换后的数字量。 X=(20-0)(D-6400)/(32000-6400)-0 D=1280X+6400 将风速模拟量进行转换，AIW0 送 AC0，AC0-6400，0 送AC0，AC0/1280。0 送 VD220。Q0.0 显示系统已启动。 模拟量转换后存在 VD220，将 VD220 中数值与正常风力发电参数的上下限值进行比较，在 3m/s-5m/s 风速范围内有信号则启动发电机（Q0.0） ，假若大于风速范围，则发出停机警报（Q0.5） ，工作人员察觉后可以手动停
8、机。 （二） 、偏航控制程序 偏航控制程序是根据不同值的风向标夹角而采取不同的偏航控制策略。 根据上一节关于风速模拟量转换的介绍，同样地，风向模拟量可以同样的方法进行转换。 外部风向模拟量 AIW2 由 EM231 输入模块读入。该模块的第二个通道连接一块带 4-20mA 变送输出的风向显示仪表，转换为数值 6400-32000。该仪表的量程设置为 0-360，即 0时输出 4mA，360时输出 20mA。风速显示仪的铂电阻输入端接入一个 220 欧姆可调电位器。可以用公式 4.5说明模拟量转换过程。X 表示输入的模拟量，D 表示转换后的数字量。 X=(360-0)(D-6400)/(3200
9、0-6400)-0 D=71.1X+6400 将风向模拟量进行转换，AIW2 送 AC1，AC1-6400。0 送AC1，AC0/71。1 送 VD222。图 3 详细表示这一转换过程。 图 3 风向模拟量转换梯形图 接下来将对这 7 个角度区间进行不同的控制策略。180表示正对迎风面。接下来将对这 7 个角度区间进行不同的控制策略。180表示正对迎风面。180将启动向左偏航的电动机。机舱偏转角度的大小由电动机工作时间决定，偏转角度越小，电动机工作时间越短，相反偏转角度越大，电动机工作时间越长。在合适的风向范围内（传感器、电机工作有误差 171-189） ，则两个电动机均不做任何动作，显示合适
10、风向指示灯。 越接近 180，偏航电动机运作时间越短，使之接近合适风向角度区间。由于篇幅限制，不列出其他三个角度区间的控制梯形图。其他三个角度区间的控制方法和前两种相似。在 189-195时，启动向左偏航的电动机（Q0.3）并且运作延时 20s。在 195-205时，启动向左偏航的电动机（Q0.3）并且运作延时 50s。在 205-215时，启动向左偏航的电动机（Q0.3）并且运作延时 90s。 （三） 、温度控制程序 在温度控制中，主控制完成系统的初始化，总系统的启动与停止，单个系统温控启动、停止和急停，计时器的设定等。根据系统的按键信息调用子程序 SBR0 和 SBR1 传送 PID 控制
11、参数。子程序 SBR0 是机舱温度参数输入和 PID 参数设定，子程序 SBR1 是塔架内部温度参数输入和 PID参数设定。定时器 0 每 20ms 中断一回，进入中断程序 INT0 进行处理。中断程序 INT0 对两个对象分别进行控制。每一个控制对象都有温度传感器检测室内温度值。 五、结束语 总而言之，目前风电行业市场还有很大的发展空间，基于这种无污染、可重复利用的能源需要极力的推广。此外，PLC 在风电主控制系统中的应用非常广泛，特别是对电动机偏航以及温度控制有着非常重要的作用。 参考文献 1刘安杰.西门子 PLC 定时器应用原理与编程技巧J.PLC&FA,2007,2:51-53. 2叶航冶.风力发电机组的控制技术M.北京:机械工业出版社,2002.
