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欧姆龙PLC在风电机组变桨距系统中的应用分析

2012-07-20 16:42
逆光飞舞
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  摘 要:在风力发电系统中,变桨距控制技术关系到风力发电机组的安全可靠运行,影响风力机的使用寿命,通过控制桨距角使输出功率平稳、减小转矩振荡、减小机舱振荡,不但优化了输出功率,而且有效的降低的噪音,稳定发电机的输出功率,改善桨叶和整机的受力状况。变桨距风力发电机比定桨距风力发电机具有更好的风能捕捉特性,现代的大型风力发电机大多采用变桨距控制。本文针对国外某知名风电公司液压变桨距风力机,采用可编程控制器(PLC)作为风力发电机的变桨距控制器。这种变桨控制器具有控制方式灵活,编程简单,抗干扰能力强等特点。本文介绍了液压变桨距系统的工作原理,设计了变桨控制器的软件系统。最后在国外某知名风电公司风力发电机组上做了实验,验证了将该变桨距控制器可以在变桨距风力机上安全、稳定运行的。

  关键词:变桨距;风力发电机;可编程控制器

  1 引言

  随着风电技术的不断成熟与发展,变桨距风力发电机的优越性显得更加突出:既能提高风力机运行的可靠性,又能保证高的风能利用系数和不断优化的输出功率曲线。采用变桨距机构的风力机可使叶轮重量减轻,使整机的受力状况大为改善,使风电机组有可能在不同风速下始终保持最佳转换效率,使输出功率最大,从而提高系统性能。随着风电机组功率等级的增加,采用变桨距技术已是大势所趋。目前变桨执行机构主要有两种:液压变桨距和电动变桨距,按其控制方式可分为统一变桨和独立变桨两种。在统一变桨基础上发展起来的独立变桨距技术,每支叶片根据自己的控制规律独立地变化桨距角,可以有效解决桨叶和塔架等部件的载荷不均匀问题,具有结构紧凑简单、易于施加各种控制、可靠性高等优势,越来越受到国际风电市场的欢迎。

  兆瓦级变速恒频变桨距风电机组是目前国际上技术比较先进的风力机型,从今后的发展趋势看,必然取代定桨距风力机而成为风力发电机组的主力机型。其中变桨距技术在变速恒频风力机研究中占有重要地位,是变速恒频技术实现的前提条件。研究这种技术,提高风电机组的柔性,延长机组的寿命,是目前国外研究的热点,但是国内对此研究甚少,对这一前瞻性课题进行立项资助,掌握具备自主知识产权的独立变桨控制技术,对于打破发达国家对先进的风力发电技术的垄断,促进我国风力发电事业的进一步发展具有重要意义。

  为了获得足够的起在变桨距系统中需要具有高可靠性的控制器,本文中采用了OMRON公司的CJ1M系列可编程控制器作为变桨距系统的控制器,并设计了PLC软件程序,在国外某知名风电公司风力发电机组上作了实验。

  2 变桨距风力机及其控制方式

  变桨距调速是现代风力发电机主要的调速方式之一,如图1所示为变桨距风力发电机的简图。调速装置通过增大桨距角的方式减小由于风速增大使叶轮转速加快的趋势。当风速增大时,变桨距液压缸动作,推动叶片向桨距角增大的方向转动使叶片吸收的风能减少,维持风轮运转在额定转速范围内。当风速减小时,实行相反操作,实现风轮吸收的功率能基本保持恒定。液压控制系统具有传动力矩大、重量轻、刚度大、定位精确、液压执行机构动态响应速度快等优点,能够保证更加快速、准确地把叶片调节至预定节距[4][5]。目前国内生产和运行的大型风力发电机的变距装置大多采用液压系统作为动力系统。

  图1 变桨距风力发电机简图

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