風力發(fā)電控制系統(tǒng)綜述

    摘要：本文對風力發(fā)電整個控制系統(tǒng)進行了簡述，并對風力發(fā)電控制系統(tǒng)基本功能進行了詳細的說明，然后對目前我廠風力發(fā)電技術(shù)狀態(tài)及對策進行了簡單描述，最后簡單介紹了目前風力發(fā)電的主要方向。
    一 風電控制系統(tǒng)簡述
    風電控制系統(tǒng)包括現(xiàn)場風力發(fā)電機組控制單元、高速環(huán)型冗余光纖以太網(wǎng)、遠程上位機操作員站等部分。現(xiàn)場風力發(fā)電機組控制單元是每臺風機控制的核心，實現(xiàn)機組的參數(shù)監(jiān)視、自動發(fā)電控制和設(shè)備保護等功能；每臺風力發(fā)電機組配有就地HMI人機接口以實現(xiàn)就地操作、調(diào)試和維護機組；高速環(huán)型冗余光纖以太網(wǎng)是系統(tǒng)的數(shù)據(jù)高速公路，將機組的實時數(shù)據(jù)送至上位機界面；上位機操作員站是風電廠的運行監(jiān)視核心，并具備完善的機組狀態(tài)監(jiān)視、參數(shù)報警，實時/歷史數(shù)據(jù)的記錄顯示等功能，操作員在控制室內(nèi)實現(xiàn)對風場所有機組的運行監(jiān)視及操作。
    風力發(fā)電機組控制單元（WPCU）是每臺風機的控制核心，分散布置在機組的塔筒和機艙內(nèi)。由于風電機組現(xiàn)場運行環(huán)境惡劣，對控制系統(tǒng)的可靠性要求非常高，而風電控制系統(tǒng)是專門針對大型風電場的運行需求而設(shè)計，應(yīng)具有極高的環(huán)境適應(yīng)性和抗電磁干擾等能力，其系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如下：
風電控制系統(tǒng)的現(xiàn)場控制站包括：塔座主控制器機柜、機艙控制站機柜、變槳距系統(tǒng)、變流器系統(tǒng)、現(xiàn)場觸摸屏站、以太網(wǎng)交換機、現(xiàn)場總線通訊網(wǎng)絡(luò)、UPS電源、緊急停機后備系統(tǒng)等。 風電控制系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)如圖1所示：

    1、塔座控制站
    塔座控制站即主控制器機柜是風電機組設(shè)備控制的核心，主要包括控制器、I/O模件等。 控制器硬件采用32位處理器，系統(tǒng)軟件采用強實時性的操作系統(tǒng)，運行機組的各類復(fù)雜主控邏輯通過現(xiàn)場總線與機艙控制器機柜、變槳距系統(tǒng)、變流器系統(tǒng)進行實時通訊，以使機組運行在最佳狀態(tài)。
控制器的組態(tài)采用功能豐富、界面友好的組態(tài)軟件，采用符合IEC61131-3標準的組態(tài)方式，包括：功能圖（FBD）、指令表（LD）、順序功能塊（SFC）、梯形圖、結(jié)構(gòu)化文本等組態(tài)方式。 
    2、機艙控制站 
    機艙控制站采集機組傳感器測量的溫度、壓力、轉(zhuǎn)速以及環(huán)境參數(shù)等信號，通過現(xiàn)場總線和機組主控制站通訊，主控制器通過機艙控制機架以實現(xiàn)機組的偏航、解纜等功能，此外還對機艙內(nèi)各類輔助電機、油泵、風扇進行控制以使機組工作在最佳狀態(tài)。 
    3、變槳距系統(tǒng)
    大型MW級以上風電機組通常采用液壓變槳系統(tǒng)或電動變槳系統(tǒng)。變槳系統(tǒng)由前端控制器對3個風機葉片的槳距驅(qū)動裝置進行控制，其是主控制器的執(zhí)行單元，采用 CANOPEN與主控制器進行通訊，以調(diào)節(jié)3個葉片的槳距工作在最佳狀態(tài)。變槳系統(tǒng)有后備電源系統(tǒng)和安全鏈保護，保證在危急工況下緊急停機。 
    4、變流器系統(tǒng)