【文章內容簡介】 術 不 斷 更 新 。 PLC是 采 用 大 規(guī) 模 集 成 電 路 、 微 型 計 算 機技 術 的 發(fā) 展 成 果 逐 步 形 成 具 有 多 種 優(yōu) 點 和 微 型 、 小 型 、 中 型 、 大 型 、 超 大 型等 各 種 規(guī) 格 的 PLC系 列 產 品 應 用 于 從 繼 電 器 控 制 系 統(tǒng) 到 監(jiān) 控 計 算 機 之 間 的 許多 控 制 領 域 ， 它 最 適 用 于 以 開 關 為 主 的 控 制 功 能 。 通 過 模 擬 /數(shù) 字 ，（ A/D） 轉 換 器 和 數(shù) 字 /模 擬 （ D/A） 轉 換 器 也 可 以 控 制 模 擬 量 例 如 控 制 溫 度 、壓 力 、 流 量 、 成 分 等 參 數(shù) 。 基 于 PLC的 多 路 搶 答 器 控 制 系 統(tǒng) 可 以 根 據(jù) PLC修 改 程 序 方 便 這 一 特 點 隨意 調 整 設 置 的 時 間 或 者 控 制 系 統(tǒng) 的 工 作 狀 態(tài) 。 如 果 對 外 部 電 路 稍 加 修 改 或 者在 系 統(tǒng) 程 序 中 加 入 分 支 可 以 把 八 路 搶 答 器 變 為 更 多 路 的 搶 答 器 。 比 如 十 位 、十 六 位 或 者 二 十 位 等 。 如 果 將 手 動 按 鈕 變 為 觸 摸 屏 可 以 使 搶 答 器 更 為 簡 單 方便 。 如 果 去 除 系 統(tǒng) 中 的 限 時 功 能 還 可 以 把 搶 答 器 改 為 呼 叫 器 能 夠 在 醫(yī) 院 病 房 、賓 館 客 房 、 寫 字 樓 辦 公 室 、 工 廠 生 產 車 間 等 多 種 地 方 使 用 。風 機 控 制 系 統(tǒng) 的 研 究 現(xiàn) 狀 ： 風 機 的 控 制 系 統(tǒng) 是 風 機 的 重 要 組 成 部 分 ， 它承 擔 著 風 機 監(jiān) 控 、 自 動 調 節(jié) 、 實 現(xiàn) 最 大 風 能 捕 獲 以 及 保 證 良 好 的 電 網 兼 容 性等 重 要 任 務 ， 它 主 要 由 監(jiān) 控 系 統(tǒng) 、 主 控 系 統(tǒng) 、 變 槳 控 制 系 統(tǒng) 以 及 變 頻 系（ 變 頻 器 ） 幾 部 分 組 成 。 各 部 分 的 主 要 功 能 如 下 ：監(jiān) 控 系 統(tǒng) （ SCADA） ： 監(jiān) 控 系 統(tǒng) 實 現(xiàn) 對 全 風 場 風 機 狀 況 的 監(jiān) 視 與 啟 、操 作 它 包 括 大 型 監(jiān) 控 軟 件 及 完 善 的 通 訊 網 絡 。主 控 系 統(tǒng) ： 主 控 系 統(tǒng) 是 風 機 控 制 系 統(tǒng) 的 主 體 ， 它 實 現(xiàn) 自 動 啟 動 、 自 動 調向 、 自 動 調 速 、 自 動 并 網 、 自 動 解 列 、 故 障 自 動 停 機 、 自 動 電 纜 解 繞 及 自 動記 錄 與 監(jiān) 控 等 重 要 控 制 、 保 護 功 能 。 它 對 外 的 三 個 主 要 接 口 系 統(tǒng) 就 是 監(jiān) 控 系統(tǒng) 、 變 槳 控 制 系 統(tǒng) 以 及 變 頻 系 統(tǒng) （ 變 頻 器 ） ， 它 與 監(jiān) 控 系 統(tǒng) 接 口 完 成 風 機實 時 數(shù) 據(jù) 及 統(tǒng) 計 數(shù) 據(jù) 的 交 換 ， 與 變 槳 控 制 系 統(tǒng) 接 口 完 成 對 葉 片 的 控 制 ， 實現(xiàn) 最 大 風 能 捕 獲 以 及 恒 速 運 行 ， 與 變 頻 系 統(tǒng) （ 變 頻 器 ） 接 口 實 現(xiàn) 對 有 功 功率 以 及 無 功 功 率 的 自 動 調 節(jié) 。變 槳 控 制 系 統(tǒng) ： 與 主 控 系 統(tǒng) 配 合 ， 通 過 對 葉 片 節(jié) 距 角 的 控 制 ， 實 現(xiàn) 最 大風 能 捕 獲 以 及 恒 速 運 行 ， 提 高 了 風 力 發(fā) 電 機 組 的 運 行 靈 活 性 。 目 前 來 看 ， 變槳 控 制 系 統(tǒng) 的 葉 片 驅 動 有 液 壓 和 電 氣 兩 種 方 式 ， 電 氣 驅 動 方 式 中 又 有 采 用交 流 電 機 和 直 流 電 機 兩 種 不 同 方 案 。 究 竟 采 用 何 種 方 式 主 要 取 決 于 制 造 廠家 多 年 來 形 成 的 技 術 路 線 及 傳 統(tǒng) 。變 頻 系 統(tǒng) （ 變 頻 ） 器 ： 與 主 控 制 系 統(tǒng) 接 口 ， 和 發(fā) 電 機 、 電 網 連 接 ， 直 接承 擔 著 保 證 供 電 品 質 、 提 高 功 率 因 素 ， 滿 足 電 網 兼 容 性 標 準 等 重 要 作 用 。 風機 控 制 系 統(tǒng) 的 發(fā) 展 趨 勢 ： 隨 著 國 內 企 業(yè) 所 開 發(fā) 風 機 容 量 越 來 越 大 ， 風 機 控 制技 術 必 須 不 斷 發(fā) 展 才 能 滿 足 這 一 要 求 ， 如 葉 片 的 驅 動 和 控 制 技 術 、 如 更 大 容量 的 變 頻 器 開 發(fā) ， 都 是 必 須 不 斷 解 決 的 新 的 課 題 ， 這 里 不 進 行 詳 細 闡 述 。 當前 ， 由 于 風 力 發(fā) 電 機 組 在 我 國 電 網 中 所 占 比 例 越 來 越 大 ， 風 力 發(fā) 電 方 式 的 電網 兼 容 性 較 差 的 問 題 也 逐 漸 暴 露 出 來 ， 同 時 用 戶 對 不 同 風 場 、 不 同 型 號 風機 之 間 的 聯(lián) 網 要 求 也 越 來 越 高 ， 這 也 對 風 機 控 制 系 統(tǒng) 提 出 了新 的 任 務 。（ 1） 采 用 統(tǒng) 一 和 開 放 的 協(xié) 議 以 實 現(xiàn) 不 同 風 場 、 不 同 廠 家 和 型 號 的 風 機 之間 的 方 便 互 聯(lián) 。 目 前 ， 風 機 投 資 用 戶 和 電 網 調 度 中 心 對 廣 布 于 不 同 地 域 的 風場 之 間 的 聯(lián) 網 要 求 越 來 越 迫 切 ， 雖 然 各 個 風 機 制 造 廠 家 都 提 供 了 一 定 的 手 段實 現(xiàn) 風 機 互 連 ， 但 是 由 于 采 用 的 方 案 不 同 ， 不 同 廠 家 的 風 機 進 行 互 聯(lián) 時 還是 會 有 很 多 問 題 存 在 ， 實 施 起 來 難 度 較 大 。 因 此 ， 現(xiàn) 實 不 同 風 機 之 間 的 方便 互 聯(lián) 是 一 個 亟 待 解 決 的 重 要 課 題 。 （ 2） 需 要 進 一 步 提 高 低 電 壓 穿 越 運 行 能 力 （ LVRT） 。 風 力 發(fā) 電 機 組 ，尤 其 是 雙 饋 型 風 機 ， 抵 抗 電 網 電 壓 跌 落 的 能 力 本 身 較 差 。 當 發(fā) 生 電 網 電 壓 跌落 時 ， 從 前 的 做 法 是 讓 風 機 從 電 網 切 出 。 當 風 機 在 電 網 中 所 占 比 例 較 小 時 ，這 種 做 法 對 電 網 的 影 響 還 可 以 忽 略 不 計 。 但 是 ， 隨 著 在 網 運 行 風 機 的 數(shù) 量 越來 越 大 ， 尤 其 是 在 風 力 發(fā) 電 集 中 的 地 區(qū) ， 如 國 家 規(guī) 劃 建 設 的 六 個 千 萬 千 瓦 風電 基 地 ， 這 種 做 法 會 對 電 網 造 成 嚴 重 影 響 ， 甚 至 可 能 進 一 步 擴 大 事 故 。 歐 洲很 多 國 家 ， 如 德 國 、 西 班 牙 、 丹 麥 等 國 家 ， 早 就 出 臺 了 相 關 標 準 ， 要 求 在 這種 情 況 下 風 機 能 保 持 在 網 運 行 以 支 撐 電 網 。 風 機 具 有 的 這 種 能 力 稱 為 低 電 壓穿 越 運 行 能 力 （ LVRT） ， 有 的 國 家 甚 至 要 求 當 電 網 電 壓 跌 落 至 零 時 還 能 保持 在 網 運 行 。 我 國 也 于 今 年 8月 由 國 家 電 網 公 司 出 臺 了 《 風 電 場 接 入 電 網 技術 規(guī) 定 》 ， 其 中 規(guī) 定 了 我 國 自 己 的 低 電 壓 穿 越 技 術 要 求 ， 明 確 要 求 風 電 機 組在 并 網 點 電 壓 跌 落 至 20%額 定 電 壓 時 能 夠 保 持 并 網 運 行 625ms、 當 跌 落 發(fā) 生3s內 能 夠 恢 復 到 額 定 電 壓 的 90%時 ， 風 電 機 組 保 持 并 網 運 行 的 低 電 壓 穿 越 運行 要 求 。 應 該 說 ， 這 還 只 是 一 個 初 步 的 、 相 對 較 低 的 運 行 要 求 。 在 今 后 可 能還 會 出 臺 更 為 嚴 格 的 上 網 限 制 措 施 。 這 些 要 求 的 實 現(xiàn) ， 主 要 靠 控 制 系 統(tǒng) 中變 頻 器 算 法 及 結 構 的 改 善 ， 當 然 和 主 控 和 變 槳 系 統(tǒng) 也 有 密 切 聯(lián) 系 。（ 3） 實 現(xiàn) 在 功 率 預 估 條 件 下 的 風 電 場 有 功 及 無 功 功 率 自 動 控 制 。 目 前 ， 風電 機 組 都 是 運 行 在 不 調 節(jié) 的 方 式 ， 也 就 是 說 ， 有 多 少 風 、 發(fā) 多 少 電 ， 這 在 風電 所 占 比 例 較 小 的 情 況 下 也 沒 有 多 大 問 題 。 但 是 ， 隨 著 風 電 上 網 電 量 的 大 幅度 增 加 ， 在 用 電 低 谷 段 往 往 是 風 機 出 力 最 大 的 時 段 ， 造 成 電 網 調 峰 異 常 困難 ， 電 網 頻 率 、 電 壓 均 易 出 現(xiàn) 較 大 波 動 。 當 前 ， 電 網 對 這 一 問 題 已 相 當 重視 ， 要 求 開 展 。第 二 章 總 體 方 案 設 計 控 制 系 統(tǒng) 的 要 求（ 1） 高 可 靠 性 ， 以 適 應 工 業(yè) 現(xiàn) 場 十 分 惡 劣 和 復 雜 的 工 作 條 件 。 （ 2） 具 有 實 時 響 應 處 理 能 力 ， 以 滿 足 工 業(yè) 生 產 過 程 實 時 控 制 要 求 。 （ 3） 有 豐 富 的 可 與 工 業(yè) 現(xiàn) 場 信 號 相 連 接 的 工 業(yè) 接 口 ， 方 便 實 現(xiàn) 在 線監(jiān) 控 。（ 4） 控 制 系 統(tǒng) 結 構 應 能 組 配 靈 活 ， 易 于 擴 展 。（ 5） 有 先 進 的 系 統(tǒng) 環(huán) 境 和 應 用 軟 件 便 于 開 發(fā) 。 （ 6） 有 自 動 /手 動 轉 換 系 統(tǒng) ， 保 證 在 自 動 控 制 系 統(tǒng) 出 現(xiàn) 故 障 時 ， 可 以手 動 控 制 。 （ 7） 有 可 靠 的 報 警 系 統(tǒng) ， 在 風 機 電 機 過 熱 ， 變 頻 器 出 現(xiàn) 故 障 時 能 及時 發(fā) 出 報 警 信 號 。 系 統(tǒng) 構 成 及 工 作 原 理 工 業(yè) 離 心 風 機 的 工 作 要 求 是 指 在 特 定 的 工 作 環(huán) 境 中 ， 風 機 輸 出 的 風 量 要隨 著 外 界 條 件 的 變 化 ， 保 持 在 設 定 的 參 數(shù) 值 上 。 這 樣 ， 既 可 滿 足 工 作 要 求 ，又 不 使 電 動 機 空 轉 ， 而 造 成 電 能 的 浪 費 。 為 實 現(xiàn) 上 述 目 標 ， 本 系 統(tǒng) 采 用 閉 環(huán)控 制 的 方 式 。 工 業(yè) 現(xiàn) 場 的 溫 度 由 溫 度 傳 感 器 檢 測 ， 變 換 成 模 擬 輸 入 反 饋 信 號 ，經 A/D轉 換 后 與 PLC中 給 定 值 比 較 ， 再 經 D/A轉 換 變 成 模 擬 量 輸 出 信 號 ， 控制 變 頻 器 調 節(jié) 風 機 轉 速 ， 從 而 達 到 控 制 工 廠 車 間 溫 度 的 目 的 系 統(tǒng) 組 成 簡 圖如 圖 21所 示 。圖 21 自 動 控 制 系 統(tǒng) 組 成 框 圖 變 頻 調 速 節(jié) 能 分變 頻 調 速 應 用 于 風 機 系 統(tǒng) 電 機 的 自 動 控 制 中 ， 其 節(jié) 能 效 果 明 顯 。 由 流體 力 學 的 基 本 定 律 可 知 ： 風 機 、 泵 類 設 備 均 屬 平 方 轉 矩 負 載 ， 其 轉 速 n與 流量 Q， 壓 力 H以 及 軸 功 率 P具 有 如 下 關 系 ： Q∝n， H∝n2， P∝n3， 即 流 量 與 轉速 成 正 比 ， 壓 力 與 轉 速 的 平 方 成 正 比 ， 軸 功 率 與 轉 速 的 立 方 成 正 比 。 圖 2給 出 了 風 機 中 風 門 調 節(jié) 和 變 頻 調 速 兩 種 控 制 方 式 下 風 路 的 壓 力 風 量 (HQ)關 系 及 功 率 風 量 (PQ)關 系 。 其 中 ， 曲 線 1是 風 機 在 額 定 轉 速 下 的 HQ曲 線 ，曲 線 2是 風 機 在 某 一 較 低 速 度 下 的 HQ曲 線 ， 曲 線 3是 風 門 開 度 最 大 時 的 HQ曲 線 ， 曲 線 4是 風 機 在 某 一 較 小 開 度 下 的 HQ曲 線 。 可 以 看 出 ， 當 實 際 工況 風 量 由 Q1下 降 到 Q2時 ， 如 果 在 風 機 以 額 定 轉 速 運 轉 的 條 件 下 調 節(jié) 風 門 開度 ， 則 工 況 點 沿 曲 線 1由 A點 移 到 B點 ； 如 果 在 風 門 開 度 最 大 的 條 件 下 用 變 頻器 調 節(jié) 風 機 的 轉 速 ， 則 工 況 點 沿 曲 線 3由 A點 移 到 C點 。 顯 然 ， B點 與 C點 的風 量 相 同 ， 但 C點 的 壓 力 要 比 B點 壓 力 小 得 多 。 因 此 ， 風 機 在 變 頻 調 速 運 行方 式 下 ， 風 機 轉 速 可 大 大 降 低 ， 節(jié) 能 效 果 明 顯 。 曲 線 5為 變 頻 控 制 方 式 下 的PQ曲 線 ， 曲 線 6為 風 門 調 節(jié) 方 式 下 的 PQ曲 線 。 可 以 看 出 ， 在 相 同 的 風 量 下 ，變 頻 控 制 方 式 比 風 門 調 節(jié) 方 式 能 耗 更 小 ， 二 者 之 差 可 由 下 述 經 驗 公 式 （ 2l） 表 示 ：