風力發電控制系統綜述

    摘要：本文對風力發電整個控制系統進行了簡述，并對風力發電控制系統基本功能進行了詳細的說明，然后對目前我廠風力發電技術狀態及對策進行了簡單描述，最后簡單介紹了目前風力發電的主要方向。
    一 風電控制系統簡述
    風電控制系統包括現場風力發電機組控制單元、高速環型冗余光纖以太網、遠程上位機操作員站等部分。現場風力發電機組控制單元是每臺風機控制的核心，實現機組的參數監視、自動發電控制和設備保護等功能；每臺風力發電機組配有就地HMI人機接口以實現就地操作、調試和維護機組；高速環型冗余光纖以太網是系統的數據高速公路，將機組的實時數據送至上位機界面；上位機操作員站是風電廠的運行監視核心，并具備完善的機組狀態監視、參數報警，實時/歷史數據的記錄顯示等功能，操作員在控制室內實現對風場所有機組的運行監視及操作。
    風力發電機組控制單元（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。由于風電機組現場運行環境惡劣，對控制系統的可靠性要求非常高，而風電控制系統是專門針對大型風電場的運行需求而設計，應具有極高的環境適應性和抗電磁干擾等能力，其系統結構如下：
風電控制系統的現場控制站包括：塔座主控制器機柜、機艙控制站機柜、變槳距系統、變流器系統、現場觸摸屏站、以太網交換機、現場總線通訊網絡、UPS電源、緊急停機后備系統等。 風電控制系統的網絡結構如圖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，系統軟件采用強實時性的操作系統，運行機組的各類復雜主控邏輯通過現場總線與機艙控制器機柜、變槳距系統、變流器系統進行實時通訊，以使機組運行在最佳狀態。
控制器的組態采用功能豐富、界面友好的組態軟件，采用符合IEC61131-3標準的組態方式，包括：功能圖（FBD）、指令表（LD）、順序功能塊（SFC）、梯形圖、結構化文本等組態方式。 
    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、轉速以及環境參數等信號，通過現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機組的偏航、解纜等功能，此外還對機艙內各類輔助電機、油泵、風扇進行控制以使機組工作在最佳狀態。 
    3、變槳距系統
    大型MW級以上風電機組通常采用液壓變槳系統或電動變槳系統。變槳系統由前端控制器對3個風機葉片的槳距驅動裝置進行控制，其是主控制器的執行單元，采用 CANOPEN與主控制器進行通訊，以調節3個葉片的槳距工作在最佳狀態。變槳系統有后備電源系統和安全鏈保護，保證在危急工況下緊急停機。 
    4、變流器系統