技術(shù)頻道

娓娓工業(yè)
您現(xiàn)在的位置: 中國傳動(dòng)網(wǎng) > 技術(shù)頻道 > 技術(shù)百科 > 歐姆龍PLC在風(fēng)電機(jī)組變槳距系統(tǒng)中的應(yīng)用分析

歐姆龍PLC在風(fēng)電機(jī)組變槳距系統(tǒng)中的應(yīng)用分析

時(shí)間:2018-01-02 10:57:43來源:網(wǎng)絡(luò)轉(zhuǎn)載

導(dǎo)語:?在風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)中,變槳距控制技術(shù)關(guān)系到風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的安全可靠運(yùn)行,影響風(fēng)力機(jī)的使用壽命,通過控制槳距角使輸出功率平穩(wěn)、減小轉(zhuǎn)矩振蕩、減小機(jī)艙振蕩,不但優(yōu)化了輸出功率,而且有效的降低的噪音,穩(wěn)定發(fā)電機(jī)的輸出功率,改善槳葉和整機(jī)的受力狀況。

摘要:在風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)中,變槳距控制技術(shù)關(guān)系到風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的安全可靠運(yùn)行,影響風(fēng)力機(jī)的使用壽命,通過控制槳距角使輸出功率平穩(wěn)、減小轉(zhuǎn)矩振蕩、減小機(jī)艙振蕩,不但優(yōu)化了輸出功率,而且有效的降低的噪音,穩(wěn)定發(fā)電機(jī)的輸出功率,改善槳葉和整機(jī)的受力狀況。變槳距風(fēng)力發(fā)電機(jī)比定槳距風(fēng)力發(fā)電機(jī)具有更好的風(fēng)能捕捉特性,現(xiàn)代的大型風(fēng)力發(fā)電機(jī)大多采用變槳距控制。本文針對國外某知名風(fēng)電公司液壓變槳距風(fēng)力機(jī),采用可編程控制器(PLC)作為風(fēng)力發(fā)電機(jī)的變槳距控制器。這種變槳控制器具有控制方式靈活,編程簡單,抗干擾能力強(qiáng)等特點(diǎn)。本文介紹了液壓變槳距系統(tǒng)的工作原理,設(shè)計(jì)了變槳控制器的軟件系統(tǒng)。最后在國外某知名風(fēng)電公司風(fēng)力發(fā)電機(jī)組上做了實(shí)驗(yàn),驗(yàn)證了將該變槳距控制器可以在變槳距風(fēng)力機(jī)上安全、穩(wěn)定運(yùn)行的。

關(guān)鍵詞:變槳距;風(fēng)力發(fā)電機(jī);可編程控制器

1引言

隨著風(fēng)電技術(shù)的不斷成熟與發(fā)展,變槳距風(fēng)力發(fā)電機(jī)的優(yōu)越性顯得更加突出:既能提高風(fēng)力機(jī)運(yùn)行的可靠性,又能保證高的風(fēng)能利用系數(shù)和不斷優(yōu)化的輸出功率曲線。采用變槳距機(jī)構(gòu)的風(fēng)力機(jī)可使葉輪重量減輕,使整機(jī)的受力狀況大為改善,使風(fēng)電機(jī)組有可能在不同風(fēng)速下始終保持最佳轉(zhuǎn)換效率,使輸出功率最大,從而提高系統(tǒng)性能。隨著風(fēng)電機(jī)組功率等級(jí)的增加,采用變槳距技術(shù)已是大勢所趨。目前變槳執(zhí)行機(jī)構(gòu)主要有兩種:液壓變槳距和電動(dòng)變槳距,按其控制方式可分為統(tǒng)一變槳和獨(dú)立變槳兩種。在統(tǒng)一變槳基礎(chǔ)上發(fā)展起來的獨(dú)立變槳距技術(shù),每支葉片根據(jù)自己的控制規(guī)律獨(dú)立地變化槳距角,可以有效解決槳葉和塔架等部件的載荷不均勻問題,具有結(jié)構(gòu)緊湊簡單、易于施加各種控制、可靠性高等優(yōu)勢,越來越受到國際風(fēng)電市場的歡迎。

兆瓦級(jí)變速恒頻變槳距風(fēng)電機(jī)組是目前國際上技術(shù)比較先進(jìn)的風(fēng)力機(jī)型,從今后的發(fā)展趨勢看,必然取代定槳距風(fēng)力機(jī)而成為風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的主力機(jī)型。其中變槳距技術(shù)在變速恒頻風(fēng)力機(jī)研究中占有重要地位,是變速恒頻技術(shù)實(shí)現(xiàn)的前提條件。研究這種技術(shù),提高風(fēng)電機(jī)組的柔性,延長機(jī)組的壽命,是目前國外研究的熱點(diǎn),但是國內(nèi)對此研究甚少,對這一前瞻性課題進(jìn)行立項(xiàng)資助,掌握具備自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的獨(dú)立變槳控制技術(shù),對于打破發(fā)達(dá)國家對先進(jìn)的風(fēng)力發(fā)電技術(shù)的壟斷,促進(jìn)我國風(fēng)力發(fā)電事業(yè)的進(jìn)一步發(fā)展具有重要意義。

為了獲得足夠的起在變槳距系統(tǒng)中需要具有高可靠性的控制器,本文中采用了OMRON公司的CJ1M系列可編程控制器作為變槳距系統(tǒng)的控制器,并設(shè)計(jì)了PLC軟件程序,在國外某知名風(fēng)電公司風(fēng)力發(fā)電機(jī)組上作了實(shí)驗(yàn)。

2變槳距風(fēng)力機(jī)及其控制方式

變槳距調(diào)速是現(xiàn)代風(fēng)力發(fā)電機(jī)主要的調(diào)速方式之一,如圖1所示為變槳距風(fēng)力發(fā)電機(jī)的簡圖。調(diào)速裝置通過增大槳距角的方式減小由于風(fēng)速增大使葉輪轉(zhuǎn)速加快的趨勢。當(dāng)風(fēng)速增大時(shí),變槳距液壓缸動(dòng)作,推動(dòng)葉片向槳距角增大的方向轉(zhuǎn)動(dòng)使葉片吸收的風(fēng)能減少,維持風(fēng)輪運(yùn)轉(zhuǎn)在額定轉(zhuǎn)速范圍內(nèi)。當(dāng)風(fēng)速減小時(shí),實(shí)行相反操作,實(shí)現(xiàn)風(fēng)輪吸收的功率能基本保持恒定。液壓控制系統(tǒng)具有傳動(dòng)力矩大、重量輕、剛度大、定位精確、液壓執(zhí)行機(jī)構(gòu)動(dòng)態(tài)響應(yīng)速度快等優(yōu)點(diǎn),能夠保證更加快速、準(zhǔn)確地把葉片調(diào)節(jié)至預(yù)定節(jié)距[4][5]。目前國內(nèi)生產(chǎn)和運(yùn)行的大型風(fēng)力發(fā)電機(jī)的變距裝置大多采用液壓系統(tǒng)作為動(dòng)力系統(tǒng)。

圖1變槳距風(fēng)力發(fā)電機(jī)簡圖

如圖2所示為變槳距控制器的原理框圖。在發(fā)動(dòng)機(jī)并入電網(wǎng)之前由速度控制器根據(jù)發(fā)動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速反饋信號(hào)進(jìn)行變槳距控制,根據(jù)轉(zhuǎn)速及風(fēng)速信號(hào)來確定槳葉處于待機(jī)或順槳位置;發(fā)動(dòng)機(jī)并入電網(wǎng)之后,功率控制器起作用,功率調(diào)節(jié)器通常采用PI(或PID)控制,功率誤差信號(hào)經(jīng)過PI運(yùn)算后得到槳距角位置。

圖2變槳距風(fēng)力機(jī)控制框圖

當(dāng)風(fēng)力機(jī)在停機(jī)狀態(tài)時(shí),槳距角處于90°的位置,這時(shí)氣流對槳葉不產(chǎn)生轉(zhuǎn)矩;當(dāng)風(fēng)力機(jī)由停機(jī)狀態(tài)變?yōu)檫\(yùn)行狀態(tài)時(shí),槳距角由90°以一定速度(約1°/s)減小到待機(jī)角度(本系統(tǒng)中為15°);若風(fēng)速達(dá)到并網(wǎng)風(fēng)速,槳距角繼續(xù)減小到3°(槳距角在3°左右時(shí)具有最佳風(fēng)能吸收系數(shù));發(fā)電機(jī)并上電網(wǎng)后,當(dāng)風(fēng)速小于額定風(fēng)速時(shí),使槳距角保持在3°不變;當(dāng)風(fēng)速高于額定風(fēng)速時(shí),根據(jù)功率反饋信號(hào),控制器向比例閥輸出-10V-+10V電壓,控制比例閥輸出流量的方向和大小。變槳距液壓缸按比例閥輸出的流量和方向來操縱葉片的槳距角,使輸出功率維持在額定功率附近。若出現(xiàn)故障或有停機(jī)命令時(shí),控制器將輸出迅速順槳命令,使得風(fēng)力機(jī)能快速停機(jī),順槳速度可達(dá)20°/s。

3變槳控制器的設(shè)計(jì)

3.1系統(tǒng)的硬件構(gòu)成

本文實(shí)驗(yàn)中采用國外某知名風(fēng)電公司風(fēng)力發(fā)電機(jī)組作為實(shí)驗(yàn)對象,其額定功率550KW,采用液壓變槳系統(tǒng),液壓變槳系統(tǒng)原理圖如圖3所示。從圖3中可以看出,通過改變液壓比例閥的電壓可以改變進(jìn)槳或退槳速度,在風(fēng)力機(jī)出現(xiàn)故障或緊急停機(jī)時(shí),可控制電磁閥J-B閉合、J-A和J-C打開,使儲(chǔ)壓罐1中的液壓油迅速進(jìn)入變槳缸,推動(dòng)槳葉達(dá)到順槳位置(90°)。

圖3.液壓變槳距控制系統(tǒng)原理圖

本系統(tǒng)中采用OMRON公司的CJ1M系列PLC。發(fā)電機(jī)的功率信號(hào)由高速功率變送器以模擬量的形式(0~10V對應(yīng)功率0~800KW)輸入到PLC,槳距角反饋信號(hào)(0~10V對應(yīng)槳距角0~90°)以模擬量的形式輸入到PLC的模擬輸入單元;液壓傳感器1、2也要以模擬量的形式輸入。在這里選用了4路模擬量的輸入單元CJ1W-AD041;模擬量輸出單元選用CJ1W-DA021,輸出信號(hào)為-10V~+10V,將信號(hào)輸出到比例閥來控制進(jìn)槳或退槳速度;為了測量發(fā)電機(jī)的轉(zhuǎn)速,選用高速計(jì)數(shù)單元CJW-CT021,發(fā)電機(jī)的轉(zhuǎn)速是通過檢測與發(fā)電機(jī)相連的光電碼盤,每轉(zhuǎn)輸出10個(gè)脈沖,輸入給計(jì)數(shù)單元CJW-CT021。

3.2系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì)

本系統(tǒng)的主要功能都是由PLC來實(shí)現(xiàn)的,當(dāng)滿足風(fēng)力機(jī)起動(dòng)條件時(shí),PLC發(fā)出指令使葉片槳距角從90°勻速減小;當(dāng)發(fā)電機(jī)并網(wǎng)后PLC根據(jù)反饋的功率進(jìn)行功率調(diào)節(jié),在額定風(fēng)速之下保持較高的風(fēng)能吸收系數(shù),在額定風(fēng)速之上,通過調(diào)整槳距角使輸出功率保持在額定功率上。在有故障停機(jī)或急停信號(hào)時(shí),PLC控制電磁閥J-A和J-C打開,J-B關(guān)閉,使得葉片迅速變到槳距角為90°的位置。

風(fēng)力機(jī)起動(dòng)時(shí)變槳控制程序流程如圖4所示。當(dāng)風(fēng)速高于起動(dòng)風(fēng)速時(shí)PLC通過模擬輸出單元向比例閥輸出1.8V電壓,使葉片以0.9°/s的速度變化到15°。此時(shí),若發(fā)電機(jī)的轉(zhuǎn)速大于800r/min或者轉(zhuǎn)速持續(xù)一分鐘大于700r/min,則槳葉繼續(xù)進(jìn)槳到3°位置。PLC檢測到高速計(jì)數(shù)單元的轉(zhuǎn)速信號(hào)大于1000r/min時(shí)發(fā)出并網(wǎng)指令。若槳距角在到達(dá)3°后2分鐘未并網(wǎng)則由模擬輸出單元給比例閥輸出-4.1V電壓,使槳距角退到15°位置。

圖4風(fēng)力機(jī)起動(dòng)變槳控制程序流圖

發(fā)電機(jī)并上電網(wǎng)后通過調(diào)節(jié)槳距角來調(diào)節(jié)發(fā)電機(jī)輸出功率,功率調(diào)節(jié)程序流程圖如圖5所示。當(dāng)實(shí)際功率大于額定功率時(shí),PLC的模擬輸出單元CJ1W-DA021輸出與功率偏差成比例的電壓信號(hào),并采用LMT指令使輸出電壓限制在-4.1V(對應(yīng)變槳速度4.6°/s)以內(nèi)。當(dāng)功率偏差小于零時(shí)需要進(jìn)槳來增大功率,進(jìn)槳時(shí)給比例閥輸出的最大電壓為1.8V(對應(yīng)變槳速度0.9°/s)。為了防止頻繁的往復(fù)變槳,在功率偏差在±10kW時(shí)不進(jìn)行變槳。

在變槳距控制系統(tǒng)中,高風(fēng)速段的變槳距調(diào)節(jié)功率是非常重要的部分,若退槳速度過慢則會(huì)出現(xiàn)過功率或過電流現(xiàn)象,甚至?xí)龤Оl(fā)電機(jī);若槳距調(diào)節(jié)速度過快,不但會(huì)出現(xiàn)過調(diào)節(jié)現(xiàn)象,使輸出功率波動(dòng)較大,而且會(huì)縮短變槳缸和變槳軸承的使用壽命。會(huì)影響發(fā)電機(jī)的輸出功率,使發(fā)電量降低。在本系統(tǒng)中在過功率退槳和欠功率進(jìn)槳時(shí)采用不同的變槳速度。退槳速度較進(jìn)槳速度大,這樣可以防止在大的陣風(fēng)時(shí)出現(xiàn)發(fā)電機(jī)功率過高現(xiàn)象。

圖6為變槳距功率調(diào)節(jié)部分的梯形圖程序。100.08是啟動(dòng)功率調(diào)節(jié)命令,當(dāng)滿足功率調(diào)節(jié)條件時(shí),繼電器100.08由0變?yōu)?;D2100存放的是發(fā)動(dòng)機(jī)額度功率與實(shí)際功率的偏差,當(dāng)偏差ΔP滿足-10kW《ΔP《10kW時(shí)將0賦給D2100;60.07為1時(shí)即功率偏差為負(fù)值,D2100中的功率偏差按一定比例進(jìn)行縮放,并通過LMT指令限位輸出到比例閥,輸出的最小值對應(yīng)-4.1V電壓;若繼電器60.07為0,即功率偏差為正值,將D2100的值通過SCL3指令按比例系數(shù)縮放,并通過LMT指令輸出到比例閥,輸出的電壓最大值為1.8V。

圖6變槳距功率調(diào)節(jié)程序

4結(jié)束語

采用OMRON公司的CJ1M系列PLC作為大型風(fēng)力發(fā)電機(jī)變槳距系統(tǒng)的控制器,已經(jīng)在廣東南澳島的國外某知名風(fēng)電公司型變槳距風(fēng)力機(jī)上作了實(shí)驗(yàn)。在現(xiàn)場的實(shí)驗(yàn)記錄表明,采用這種PLC控制系統(tǒng)可以使風(fēng)力機(jī)安全運(yùn)行,在出現(xiàn)停機(jī)故障時(shí)可以迅速順槳停機(jī);運(yùn)行時(shí)滿足功率最優(yōu)的原則,在額定風(fēng)速之下時(shí)槳距角保持在3°不變,在高風(fēng)速時(shí)能夠根據(jù)輸出功率調(diào)整槳距角的位置,使輸出功率維持在550kW左右,在高風(fēng)速陣風(fēng)時(shí),功率波動(dòng)不超過額定功率的10%,滿足設(shè)計(jì)要求。由于變槳距系統(tǒng)中采用了PLC作為控制器,使得該系統(tǒng)僅用簡單的軟件程序就完成了復(fù)雜的邏輯控制,而且抗干擾能力強(qiáng),性能可靠。

標(biāo)簽:

點(diǎn)贊

分享到:

上一篇:解析立軸巨能風(fēng)電機(jī)組的綜合優(yōu)勢

下一篇:幾種雙饋式變速恒頻風(fēng)電機(jī)組...

中國傳動(dòng)網(wǎng)版權(quán)與免責(zé)聲明:凡本網(wǎng)注明[來源:中國傳動(dòng)網(wǎng)]的所有文字、圖片、音視和視頻文件,版權(quán)均為中國傳動(dòng)網(wǎng)(m.u63ivq3.com)獨(dú)家所有。如需轉(zhuǎn)載請與0755-82949061聯(lián)系。任何媒體、網(wǎng)站或個(gè)人轉(zhuǎn)載使用時(shí)須注明來源“中國傳動(dòng)網(wǎng)”,違反者本網(wǎng)將追究其法律責(zé)任。

本網(wǎng)轉(zhuǎn)載并注明其他來源的稿件,均來自互聯(lián)網(wǎng)或業(yè)內(nèi)投稿人士,版權(quán)屬于原版權(quán)人。轉(zhuǎn)載請保留稿件來源及作者,禁止擅自篡改,違者自負(fù)版權(quán)法律責(zé)任。

網(wǎng)站簡介|會(huì)員服務(wù)|聯(lián)系方式|幫助信息|版權(quán)信息|網(wǎng)站地圖|友情鏈接|法律支持|意見反饋|sitemap

傳動(dòng)網(wǎng)-工業(yè)自動(dòng)化與智能制造的全媒體“互聯(lián)網(wǎng)+”創(chuàng)新服務(wù)平臺(tái)

網(wǎng)站客服服務(wù)咨詢采購咨詢媒體合作

Chuandong.com Copyright ?2005 - 2024 ,All Rights Reserved 深圳市奧美大唐廣告有限公司 版權(quán)所有
粵ICP備 14004826號(hào) | 營業(yè)執(zhí)照證書 | 不良信息舉報(bào)中心 | 粵公網(wǎng)安備 44030402000946號(hào)