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摘要：风能是一种清洁无公害的可再生能源能源，风力发电有利于节能减排。本文以全国技能大赛设备为载体，对风光互补发电系统中的风力发电部分进行介绍，通过对风力发电系统的手动、自动的控制要求，列出PLC的输入输出口配置，并进行编程，以达到提高风力发电系统技能训练的目的。
关键词：光伏发电；风力发电；互补；新能源
本文引用格式：杨辉,等.PLC在风光互补发电系统中的应用——风力发电系统[J].教育现代化,2019,6(51):281-285.
Application of PLC in Wind-Solar Complementary Power Generation System——Wind Power Generation System
YANG Hui1,WANG Li-ping 2,CHEN Jin-ming3,XUE Sen-xian 4
(1.Artificial Intelligence College of Zhuhai City Polytechnic,Guangdong,Zhuhai;2.Zhuhai Technician College,Guangdong,Zhuhai;3.Zhuhai Power Plant,Guangdong,Zhuhai;4.Zhuhai Jinwan Power Generation Limited company,Guangdong,Zhuhai)
Abstract:Wind energy is a clean and pollution-free renewable energy source,wind power generation is conducive to energy conservation and emission reduction.In this paper,the wind power generation part of wind-solar complementary power generation system is introduced based on the national skills competition equipment.Through the manual and automatic control requirements of wind power generation system,the configuration of the PLC I/O ports are listed and programmed,so as to improve the skills training of wind power generation system.
Key words:Photovoltaic power generation;Wind power generation;Complementarity;Renewable energy
一引言
随着工业的发展以及人口的增多，能源消耗日益增多，尤其是化石能源，如今，它们已经面临短缺的局面。另一方面，人类利用化石能源一般采用燃烧的方式，因而造成了一系列环境问题，比如煤炭燃烧会排放大量二氧化碳和有毒气体，造成了严重的大气污染。为缓解能源问题及满足越来越严格的排放规范要求，国内外越来越多的研究机构开始着力于新能源的开发利用，可以预见，21世纪是围绕新能源的技术革命和产业高速发展期[1-4]。
在各种新能源发电类型中，光伏发电和风力发电是比较有潜力的发电形式，它们作为一种清洁能源，由于具有普遍性、无害性和长久性等特点，与石油、煤炭和天然气等传统能源相比，有着无法比拟的优势[5-7]。然而，太阳能和风能都是间歇性能源，充分发挥各种能源之间互补性，将是必然发展的趋势，风光互补发电随之而产生。为了推动风光互补发电技术的发展，我国职业教育通过技能竞赛的方式大力培养相关人才，下面以全国职业院校技能大赛高职组“风光互补发电系统安装与调试”赛项的大赛设备KNT-WP01为载体，阐述PLC在风光互补发电系统中的应用。
该设备主要由光伏发电系统、风力发电系统、逆变与负载系统和监控系统组成[7]，鉴于篇幅关系，本文主要对风力发电系统进行介绍。
二 任务要求
（一）继电器定义
将风力供电系统继电器组从左向右分别定义为KA15～KA18。其中继电器KA15、KA16用于风场顺时运动控制或风场逆时运动控制，继电器KA17、KA18用于尾舵侧风偏航的控制或尾舵撤销侧风偏航控制。
（二）手动控制要求
风力供电控制单元的选择开关有两个状态，选择开关拨向手动控制状态时，可以进行风场运动和侧风偏航运动的手动调试。
（1）按下顺时按钮，风场运动机构箱顺时移动3秒后停止移动，同时顺时按钮指示灯亮3秒，在此过程中按下停止按钮或急停按钮或风场运动机构箱顺时移动到限位开关时，顺时按钮指示灯熄灭，风场运动机构箱停止移动。
（2）按下逆时按钮，风场运动机构箱逆时移动3秒后停止移动，同时逆时按钮指示灯亮3秒，在此过程中按下停止按钮或急停按钮或风场运动机构箱逆时移动到限位开关时，逆时按钮指示灯熄灭，风场运动机构箱停止移动。
（3）按下偏航按钮，风力发电机作侧风偏航动作3秒后停止移动，同时偏航按钮指示灯亮3秒，在此过程中按下停止按钮或急停按钮或侧风偏航90°到位开关时，偏航按钮指示灯熄灭，侧风偏航动作停止。
（4）按下恢复按钮，风力发电机作撤销侧风偏航动作3秒后停止移动，同时恢复按钮指示灯亮3秒，在此过程中按下停止按钮或急停按钮或侧风偏航运动到初始位置停止时，恢复按钮指示灯熄灭，撤销侧风偏航停止。
（三）自动控制要求
（1）光伏供电控制单元及风力供电控制单元的选择开关都拨向自动控制状态，并将上位机界面上风光互补总控界面上的互补启停旋钮置于启动状态（若仅将一个选择开关或没有选择开关拨向自动控制状态，而直接将互补启停旋钮置于启动状态，则启动按钮指示灯和停止按钮指示灯以1Hz闪烁），系统检测尾翼是否停止在初始位以及风场运动机构箱是否停止在垂直底座位置，若都在，则表示风力供电系统准备好自动运行状态；若尾翼或风场运动机构箱不在上述指定位置，表示系统没有准备好，启动指示灯以2Hz闪烁，直到尾翼到达初始位以及风场运动机构箱停在垂直底座位置，表明系统准备好。
（2）在风光互补功能下，当按下电机负载启动旋钮控件，轴流风机按照图1运行。同时风场运动机构箱按顺时针方向连续运动，若顺时运动到限位位置，风场运动机构箱逆时针连续运动，逆时运动到位后，再顺时运动，在2个限位之间连续往返。轴流风机顺时针运动时频率设定值为50Hz，轴流风机逆时针运动时频率设定值为40Hz。当控制轴流风机频率大于20Hz时，电机负载以20Hz频率运行，在风力电站运行过程中，当风速超过DSP控制器规定值时，风力发电机作侧风偏航，当风速低于DSP控制器规定值时，风力发电机撤销侧风偏航。图1中t0表示风力电站开始接受到停止运行命令（即下列第（3），（4）点）。
（3）在上述过程执行中，按下风力控制系统停止按钮或将风光互补系统总控界面上的互补启停旋钮置于停止位或将电机负载置于停止位，控制轴流风机的变频器按图1所示的t0后规定动作要求执行指令，而风场运动机构运动直至本次循环（返回初始位）结束后，动作停止。
（4）在上述过程执行中，按下风力供电系统的急停按钮，程序立即结束，除轴流风机外所有动作立即停止，控制轴流风机的变频器按图1所示的t0以后规定动作要求执行指令。
（5）在上述过程执行中，所有点动控制按钮应无效。
三 实施方案
根据上述任务要求分析，先对PLC的I/O口进行配置，再开展编程。
（一）I/O配置
见表1。
（二）程序
PLC程序初始化
四 结语
风力发电的发展前景十分广阔，预计未来很长一段时间都将保持高速发展。风力发电控制系统的主要功能是如何调节风力发电机，以获得更大的能量。该系统功能较多，程序较为复杂，应仔细分析，画出PLC的I/O分配表后再进行梯形图的编写，在编写过程中特别注意双线圈问题。
参考文献
[1]惠晶.新能源发电与控制技术[M].机械工业出版社.2012.
[2]高洁.新型混合动力电动船的发展现状浅析[J].电子测试,2017(9):88-89.
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[4]陈鼎,孙一凡,何平等.单开关控制风光互补发电系统的控制策略研究[J].节能技术,2018,36(211):466-471.
[5]吴凯,刚千惠.风光互补发电系统结构的研究[J].科技创新导报.2018,(19):62-63.
[6]李翠萍,卓君武,李军徽等.光伏发电与风光联合发电系统输出特性分析[J].电网与清洁能源,2017,33(1):95-102.
[7]李鹏雁,孙硕.基于学习曲线的西北地区光伏发电成本分析[J].节能技术,2017,35(5):469-474.
[8]夏庆观.风光互补发电系统实训教程[M].化学工业出版社,2012.
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