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?）。

　　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（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,輸出信號為-10V～ 10V，將信號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??；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。

　　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，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。