基于PLC控制的风能发电站风电场运行监测系统

摘要：针对风能发电站在运行过程中具有随机性、不确定性的特点，本文提出了采用西门子PLC S7-1200控制来对风电场运行进行监测，通过偏航控制、桨距控制、转速控制、风机全自动启动和运行状态监测，能实现对风能发电站的电网、风况和机组的运行状况进行监测和记录，对出现的异常情况能够自行判断并采取相应的保护措施，并根据记录的偏航角、桨距角、风速等风力发电机组的各项性能运行参数，生成系统稳态和干扰响应曲线。实验结果表明，该检测系统能确保风机的稳定运行，提高了风能的利用效率，大大缓解能源危机。

关键词：PLC 風电场 电网 监测 发电机

中图分类号：TM614 文献标识码：A 文章编号：1007-9416（2016）10-0027-01

随着经济的持续推进和居民生活质量的提高，大量不可再生资源例如石油、煤炭让生态系统担负了很大的压力，此外造成生态系统很大负担的还有火力发电厂所排放的废弃物。风力发电作为一个无污染且再生的资源，对于发电行业有很大的促动和改善动力。由于科技水平的巨大提高，以及微型计算机和编程能力的提高，这对于风电控制的研究又提供了新的途径。

针对以往风电控制中的部分不足，为此本文设计了一种基于PLC控制的风电场运行监测系统，该监测系统能对电网、风况和机组的运行状况进行监测和记录，对出现的异常情况能够自行判断并采取相应的保护措施，能确保风机稳定运行，可提高风能利用效率，大大缓解能源危机改善环境，推动了我国新能源的不断发展。

1 基本原理

1.1 风力机的特性

假设风力机的桨叶是可变距的并且是刚性的。风轮吸收的功率为：

式中：为风轮吸收的功率；为空气密度；为风轮扫掠面积；为功率系数；为叶尖速比；为桨叶节距角；为风速。

由上面的公式得到，对于给定的系统，风速保持恒定，在风速给定的情况下，功率系数决定了风机功率，提高值，相应的风机功率也会提高。要想导出最佳功率与转速的立方成正比：则必须把转速换成风速，这样才能得出功率和转速存在函数关系，即。

综上所述，变速风力发电机组存在两个局限性：转速局限性，体现在全部旋转部件的机械强度存在局限性；功率局限性，体现在全部电路及电力电子器件存在局限性。

1.2 风力机的转矩-速度特性

如图1，变速风力发电机组通过两个运行段构成，若低于额定风速运行，它并非一直在最大线上运行。

2 系统硬件组成

系统硬件组成如图2所示。上位机通过Profinet工业以太网与S7-1200的以太网接口连接，控制器的通讯模块CM1243-5通过一根PROFIBUS线与PM125进行连接，PM125连接到E-WT对象的方式是将DT5019串口转换器里的RS485信号转换为USB串口信号传输到E-WT对象上。

3 监控画面

在上位机完成的监控界面中，我们从图3中可以看出，数字量监控模块上，风机的偏航电机1、2、3、4处于绿色显示状态，标明风机的各偏航电机处于运行状态，电缆扭转处于红色显示状态，标明偏航电缆正常，并未扭转。模拟量监控模块上，通过使用柱形图，很直观的显示了风电机组各部分的模拟量信号，如风轮转速、发电机温度以及发电机效率等。

4 结语

本文完成了基于PLC控制的风电场运行监测系统的研究。通过对信号的采集和处理、偏航控制、桨距控制、转速控制、风机全自动启动和运行状态监测，完成了对电网、风况和机组的运行状况进行监测和记录，保证了风力发电机组安全可靠运行、获取最大能量和提供高质量的电能，能够很好地处理风的高度可变性、间歇性和不可预测性。

参考文献

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收稿日期：2016-09-07

作者简介：陈琴（1965—），女，上海人，大学本科，上海电气电站集团电站工程公司，工程师，研究方向：机电设备安装工程及监测监控。