3、變槳控制器的設計

3.1系統(tǒng)的硬件構成
　　本文實驗中采用國外某知名風電公司風力發(fā)電機組作為實驗對象，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槳或退槳速度，在風力機出現(xiàn)故障或緊急停機時，可控制電磁閥J-B閉合、J-A和J-C打開，使儲壓罐1中的液壓油迅速進入變槳缸，推動槳葉達到順槳位置（90?）。

　　本系統(tǒng)中采用OMRON公司的CJ1M系列PLC。發(fā)電機的功率信號由高速功率變送器以模擬量的形式（0～10V對應功率0～800KW）輸入到PLC，槳距角反饋信號（0～10V對應槳距角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槳或退槳速度；為了測量發(fā)電機的轉速，選用高速計數(shù)單元CJW-CT021，發(fā)電機的轉速是通過檢測與發(fā)電機相連的光電碼盤，每轉輸出10個脈沖，輸入給計數(shù)單元CJW-CT021。

3.2 系統(tǒng)的軟件設計
　　本系統(tǒng)的主要功能都是由PLC來實現(xiàn)的，當滿足風力機起動條件時，PLC發(fā)出指令使葉片槳距角從90?勻速減小；當發(fā)電機并網后PLC根據(jù)反饋的功率進行功率調節(jié)，在額定風速之下保持較高的風能吸收系數(shù)，在額定風速之上，通過調整槳距角使輸出功率保持在額定功率上。在有故障停機或急停信號時，PLC控制電磁閥J-A和J-C打開，J-B關閉，使得葉片迅速變到槳距角為90?的位置。
　　風力機起動時變槳控制程序流程如圖4所示。當風速高于起動風速時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，若發(fā)電機的轉速大于800r/min或者轉速持續(xù)一分鐘大于700r/min，則槳葉繼續(xù)進槳到3?位置。PLC檢測到高速計數(shù)單元的轉速信號大于1000r/min時發(fā)出并網指令。若槳距角在到達3?后2分鐘未并網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)電機并上電網后通過調節(jié)槳距角來調節(jié)發(fā)電機輸出功率，功率調節(jié)程序流程圖如圖5所示。當實際功率大于額定功率時，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（對應變槳速度4.6?/s）以內。當功率偏差小于零時需要進槳來增大功率，進槳時給比例閥輸出的最大電壓為1.8V（對應變槳速度0.9?/s）。為了防止頻繁的往復變槳，在功率偏差在?10kW時不進行變槳。

　　在變槳距控制系統(tǒng)中，高風速段的變槳距調節(jié)功率是非常重要的部分，若退槳速度過慢則會出現(xiàn)過功率或過電流現(xiàn)象，甚至會燒毀發(fā)電機；若槳距調節(jié)速度過快，不但會出現(xiàn)過調節(jié)現(xiàn)象，使輸出功率波動較大，而且會縮短變槳缸和變槳軸承的使用壽命。會影響發(fā)電機的輸出功率，使發(fā)電量降低。在本系統(tǒng)中在過功率退槳和欠功率進槳時采用不同的變槳速度。退槳速度較進槳速度大，這樣可以防止在大的陣風時出現(xiàn)發(fā)電機功率過高現(xiàn)象。
　　圖6為變槳距功率調節(jié)部分的梯形圖程序。100.08是啟動功率調節(jié)命令，當滿足功率調節(jié)條件時，繼電器100.08由0變?yōu)?；D2100存放的是發(fā)動機額度功率與實際功率的偏差，當偏差ΔP滿足-10kW<δp<10kw時將0賦給d2100；60.07為1時即功率偏差為負值，d2100中的功率偏差按一定比例進行縮放，并通過lmt指令限位輸出到比例閥，輸出的最小值對應-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。