1      引言

當今使用最多的燃料是煤、石油、天然氣等，被稱為化石燃料，這些燃料在地球上的蘊藏量是有限的，最終會枯竭，故節(jié)約能源與開發(fā)新能源是當今各國研究的課題。相對于傳統(tǒng)能源，新能源具有污染少、儲量大的特點，對于解決當今世界嚴重的環(huán)境污染問題和資源（特別是化石能源）枯竭問題具有重要意義。其中風能是儲量巨大的新能源，風電的發(fā)展一直是新能源發(fā)展的重點。

我國風電技術從引進就直接過渡到大規(guī)模生產(chǎn)，在大規(guī)模風電場建設中，現(xiàn)有國外風電技術與我國國情的不適應越來越突出。面對高成本、售后技術支持跟不上、產(chǎn)品故障率高、維護難等問題，使我國風電事業(yè)發(fā)展遇到瓶頸。

因此，大力發(fā)展自有技術，開發(fā)質(zhì)優(yōu)價廉的風電機及控制產(chǎn)品，讓大型風電設備得到推廣普及，將成為我國廣大工程技術人員和研發(fā)生產(chǎn)企業(yè)的共同努力的目標。只有這樣才能讓我國的風電產(chǎn)業(yè)大力發(fā)展，才能使風電成為重要的新能源，才能保證風能技術的開發(fā)領跑世界風電產(chǎn)業(yè)。

2      需要改造的風機介紹

該風機為變速恒頻風電機組，三葉片、迎風、水平軸向的風機，葉輪的直徑為 70.5 米。風機的葉輪和機艙安裝在圓錐筒狀的塔架頂部，輪轂中心距地面的高度為 64.78 米。風機采用主動偏航控制（使風機按照風向調(diào)整轉向），主動變槳矩控制（用來調(diào)節(jié)風機葉輪轉速）和發(fā)電機/功率電子變換系統(tǒng)（用來產(chǎn)生標準 50Hz 690V 的電能）。^[1]

控制系統(tǒng)采用某品牌 PLC，配置如圖2-1所示，包括塔底柜和機艙柜。

由于該型號風機使用過程中故障率高，并且存在元器件損壞后，需要購買國外整機廠商的配件，或請原廠家人員進行維修，配件價格與維護費用高昂，原因在于用戶無控制系統(tǒng)核心程序，不知道配件配置，只能用指定的配件，自己無法選擇與維護，故風場用戶需要改造該型號風機，使其具有自主程序，便于工藝研究與維護。

3      和利時控制系統(tǒng)LK PLC配置

和利時主控系統(tǒng)采用風電專用控制器作為主控制器。由CPU模塊、I/O模塊、CANopen主站模塊、電量采集模塊、通信模塊、計數(shù)模塊、電源模塊、背板和HMI等組成，以滿足風力發(fā)電機的控制要求^[2]。

主控制柜，安裝于風電機組塔筒底部，與機艙柜通過現(xiàn)場總線進行通訊；與遠程監(jiān)控系統(tǒng)和人機界面通過工業(yè)以太網(wǎng)進行通訊，對風電機組整體運行進行控制和監(jiān)視；并發(fā)送指令到偏航系統(tǒng)、變槳系統(tǒng)以及變流控制系統(tǒng)。如圖3-1所示。

機艙站，采用遠程I/O方式，設置成控制分站。用于采集電網(wǎng)電量信息，記錄風向、風速、發(fā)電機轉速及溫度等數(shù)據(jù)，控制偏航、扭攬。機艙站通過光纖介質(zhì)與塔底主控站進行通訊。

人機界面，安裝于風電機組塔底和機艙，通過工業(yè)以太網(wǎng)與主控制器通訊；用于完成系統(tǒng)運行狀態(tài)控制和顯示、風電機組參數(shù)設置、故障記錄的查詢等工作。通過設置用戶訪問權限，保證風電機組操作的安全可靠。

SCADA系統(tǒng)，安裝在中控室，便于遠程操作控制風機，包括完成系統(tǒng)運行狀態(tài)控制和顯示、風電機組參數(shù)設置、歷史數(shù)據(jù)的查詢和統(tǒng)計、故障記錄的查詢等工作。通過設置用戶訪問權限，保證風電機組操作的安全可靠。

圖3-1 和利時LK PLC配置圖

4      和利時控制系統(tǒng)軟件組成

       風機控制系統(tǒng)由圖4-1所示幾部分組成：

圖4-1 和利時LK PLC控制系統(tǒng)組成

風機控制系統(tǒng)使用的通訊協(xié)議如下所列:

(1)與變流器通訊，采用CANopen通訊協(xié)議；

(2)與變槳系統(tǒng)通訊，采用CANopen通訊協(xié)議；

(3)塔底與機艙通訊，采用Profibus-DP通訊協(xié)議；

(4)與電能表通訊，采用MODBUS RTU通訊協(xié)議；

(5)與HMI通訊，采用MODBUS TCP通訊協(xié)議；

(6)與SCADA通訊，采用OPC通訊協(xié)議；

5      結論

    風機使用和利時LK PLC改造后，根據(jù)現(xiàn)場維護數(shù)據(jù)分析，風機報故障次數(shù)和其他風機相比少，正常情況下發(fā)電量和周邊風機相當（考慮風機位置不同，導致風速大小不同），功率曲線如圖5-1所示，功率曲線與風機設計標準吻合。

圖5-1 和利時LK PLC控制系統(tǒng)2012年3月與4月功率曲線

由于使用自產(chǎn)PLC及控制程序，可根據(jù)風機運行情況調(diào)整程序或參數(shù)，使風機運行達到最優(yōu)，滿足用戶使用要求；同時可自由選擇風機中使用的各種設備，如風速風向儀、風扇、加熱器、測頻模塊等，這在之前從國外整機引進中是不可能的，只能由國外廠家指定。

使用LK PLC改造的風力發(fā)電機組在現(xiàn)場工作正常，發(fā)電量與附近風力發(fā)電機組相當，功率曲線與風力發(fā)電機組設計要求基本吻合。

現(xiàn)場風機運行數(shù)據(jù)驗證了和利時LK PLC滿足風力發(fā)電機組的控制要求。

參考文獻

[ 1 ]               變速恒頻風電機組技術規(guī)格說明.

[ 2 ]               和利時風電控制產(chǎn)品選型手冊.北京和利時自動化驅(qū)動技術有限公司,2010