基于自主可控制造技术

本发明专利技术公开了基于自主可控

【技术实现步骤摘要】
基于自主可控PLC的风力发电机组主控系统及控制方法


[0001]本专利技术属于风力发电
，具体的说是基于自主可控
PLC
的风力发电机组主控系统及控制方法
。

技术介绍

[0002]随着当今社会生产力的发展，人类对能源的需求也越来越大
。
常规能源如煤
、
石油天然气等储量有限且难以再生
。
而风能作为一种环保的绿色能源渐渐被重视起来，如今风力发电技术迅速发展起来，同时发电机组的单机容量不断增加，这就使得对风力发电机组主控系统的研究越来越重要
。
[0003]在风力发电发展之初，因为技术和材料受限，风力发电机组在结构设计方面仍有诸多缺陷
。
近年来，随着科学技术以及材料技术的迅猛发展，借助结构优化和重新设计，提高了风力发电机组的可靠性，同时全面优化设计风机系统，选择最佳化的材料，确保控制的安全性和稳定性
。
但进行风力发电时，风力带动叶轮转动速度很慢或很快时，发电效率很低，往往很难达到最佳发电效率，达不到高效利用风能
。
[0004]如申请公开号为
CN113357091A
的中国专利公开了一种风力发电机及风力发电机控制方法，风力发电机包括机架
、
发电机组
、
主轴
、
叶片和导轨；导轨固定安装于机架，主轴转动安装于机架，叶片的叶根固定安装于主轴，叶片的叶尖滑动安装于导轨；导轨和叶尖之间安装有磁悬浮装置，在磁悬浮装置的作用下，叶尖与导轨之间留有间隙；发电机组安装于机架，主轴与发电机组驱动连接
。
风力发电机通过磁悬浮装置在导轨和叶片之间产生磁悬浮力，使叶片受风力驱动而带动主轴转动的过程中，叶尖保持与导轨留有间隙的配合并沿导轨运动
。
由此，限制了叶片的运动轨迹，使导轨承担了一部分周向或轴向载荷，减少了叶片的抖动，还减少了导轨和叶片之间的机械接触摩擦，减少了能量损耗
。
[0005]如申请公开号为
CN112855432A
的中国专利公开了一种风力发电机组控制方法，所述风力发电机组包括轮毂和连接在所述轮毂外侧的叶片，所述方法包括：获取风力发电机组所在位置区域的降雨参数；在所述轮毂按照额定转速运行时，若所述降雨参数指示所述位置区域存在降雨，则减小所述轮毂的转速
。
该专利技术通过监控风力发电机组所在位置区域的降雨参数，在风力发电机组所在位置区域降雨时，将按照额定转速运行的轮毂的转速减小，从而降低了雨水对叶片表面的冲击强度，大大减轻了叶片前缘的雨蚀程度，提升了叶片的可靠性，该方法简单有效，易于实施，且成本较低，便于推广，可大规模批量应用
。

技术实现思路

[0006]针对现有技术的不足，本专利技术提出了基于自主可控
PLC
的风力发电机组主控系统及控制方法，采集风力发电机组的主要参数数据，对采集的风力发电机组主要参数数据进行预处理，对发电机组各个子系统进行分析，利用主控控制策略，对不同功率段的风机主控系统进行控制，加入故障诊断和保护机制，应对异常情况，并设计与上位监控系统
、
远程控制系统的通信，实时监测主要参数数据，用于运维管理和故障诊断，通过对风力发电机叶轮
旋转速度和桨距的实时控制调节，提高了发电效率，达到了最佳发电效率，并能够高效利用风能，缓解了能源短缺和污染环境的问题
。
[0007]为实现上述目的，本专利技术提供如下技术方案：
[0008]基于自主可控
PLC
的风力发电机组主控控制方法，包括以下步骤：
[0009]步骤
S1
：采集风力发电机组的主要参数数据；
[0010]步骤
S2
：对采集的风力发电机组主要参数数据进行预处理；
[0011]步骤
S3
：对发电机组各个子系统进行分析，利用主控控制策略，对不同功率段的风机主控系统进行控制；
[0012]步骤
S4
：加入故障诊断和保护机制，应对异常情况，并设计与上位监控系统
、
远程控制系统的通信，实时监测主要参数数据，用于运维管理和故障诊断
。
[0013]具体的，所述步骤
S1
中的风力发电机组的主要参数数据包括：功率数据
、
环境风速数据
、
切出风速数据和历史故障数据
。
[0014]具体的，所述步骤
S2
中的预处理包括数据清洗，去除异常值和补正缺失值
。
[0015]具体的，所述步骤
S3
的具体步骤包括：
[0016]步骤
S301
：设定风力发电机所在环境的风速为，风的方向与风力发电机的叶轮夹角为，计算风力发电机的叶轮的正面风速，计算公式为：；
[0017]步骤
S302
：当风力发电机的叶轮转动时，单位时间
t
内吸收风能产生的功率为
P
，，其中，表示空气的密度，表示风力发电机叶轮的半径，表示风能利用系数；
[0018]步骤
S303
：风力发电机的叶轮转动转化的机械能为，，其中，表示机械能转化效率，，风力发电机的叶轮旋转速度为，，其中，
T
表示风力发电机叶轮扭矩；
[0019]步骤
S304
：利用主控控制策略和变桨控制策略，控制风力发电机的叶轮的转动速度和桨距，使风力发电机机组的发电功率恒定在最佳发电功率
。
[0020]具体的，所述步骤
S304
的具体方法为：
[0021]步骤
S3041
：以风力发电机机叶轮旋转速度为横坐标，风力产生的功率为纵坐标，绘制叶轮旋转速度
‑
风力产生的功率曲线；
[0022]步骤
S3042
：当风力发电机机所在环境风速为时，根据曲线得到风力产生的最大功率，，其中，表示最佳功率常数，表示风力发电机叶轮最佳旋转速度，，表示最佳风能利用率；
[0023]步骤
S3042
：对风力发电机机输入功率进行控制，控制条件为：
[0024]，
[0025]表示取绝对值函数，当时，控制调节风力发电机后备电源单元，提供风力发电机机功率的动力，将风力发电机当前速度提升至，当时，控制调节风力发电机后备电源单元，提供风力发电机功率的阻力，将风力发电机当前速度降低至
。
[0026]具体的，所述步骤
S304
中的变桨控制策略为：通过变桨距控制使风力发电机叶轮转速保持在最大容许转速上
。
[0027]基于自主可控
PLC
的风力发电机组主控系统，包括：风力传感器，风力发电机组，控制模块，蓄能装置，监测显示装置；<本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.
基于自主可控
PLC
的风力发电机组主控控制方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤
S1
：采集风力发电机组的主要参数数据；步骤
S2
：对采集的风力发电机组主要参数数据进行预处理；步骤
S3
：对发电机组各个子系统进行分析，利用主控控制策略，对不同功率段的风机主控系统进行控制；步骤
S4
：加入故障诊断和保护机制，应对异常情况，并设计与上位监控系统
、
远程控制系统的通信，实时监测主要参数数据，用于运维管理和故障诊断
。2.
如权利要求1所述的基于自主可控
PLC
的风力发电机组主控控制方法，其特征在于，所述步骤
S1
中的风力发电机组的主要参数数据包括：功率数据
、
环境风速数据
、
切出风速数据和历史故障数据
。3.
如权利要求2所述的基于自主可控
PLC
的风力发电机组主控控制方法，其特征在于，所述步骤
S2
中的预处理包括数据清洗，去除异常值和补正缺失值
。4.
如权利要求3所述的基于自主可控
PLC
的风力发电机组主控控制方法，其特征在于，所述步骤
S3
的具体步骤包括：步骤
S301
：设定风力发电机所在环境的风速为，风的方向与风力发电机的叶轮夹角为，计算风力发电机的叶轮的正面风速，计算公式为：；步骤
S302
：当风力发电机的叶轮转动时，单位时间
t
内吸收风能产生的功率为
P
，，其中，表示空气的密度，表示风力发电机叶轮的半径，表示风能利用系数；步骤
S303
：风力发电机的叶轮转动转化的机械能为，，其中，表示机械能转化效率，，风力发电机的叶轮旋转速度为，，其中，
T
表示风力发电机叶轮扭矩；步骤
S304
：利用主控控制策略和变桨控制策略，控制风力发电机的叶轮的转动速度和桨距，使风力发电机机组的发电功率恒定在最佳发电功率
。5.
如权利要求4所述的基于自主可控
PLC
的风力发电机组主控控制方法，其特征在于，所述步骤
S304
的具体方法为：步骤
S3041
：以风力发电机机叶轮旋转速度为横坐标，风力产生的功率为纵坐标，绘制叶轮旋转速度
‑
风力产生的功率曲线；步骤
S3042
：当风力发电机机所在环境风速为时，根据曲线得到风力产生的最大功率，，其中，表示最佳功率常数，表示风力发电机叶轮最佳旋转速度，，表示最佳风能利用率；步骤
S3042
：对风力发电机机输入功率进行控制，控制条件为：，表示取绝对值函数，当时，控制调节风力发电机后备电源单元，提供风力发电机机功率的动力，将风力发电机当前...

【专利技术属性】
技术研发人员：姚文广，刘丽婷，
申请(专利权)人：傲拓科技股份有限公司，
类型：发明
国别省市：