風(fēng)力發(fā)電控制系統(tǒng)綜述

    摘要：本文對(duì)風(fēng)力發(fā)電整個(gè)控制系統(tǒng)進(jìn)行了簡述，并對(duì)風(fēng)力發(fā)電控制系統(tǒng)基本功能進(jìn)行了詳細(xì)的說明，然后對(duì)目前我廠風(fēng)力發(fā)電技術(shù)狀態(tài)及對(duì)策進(jìn)行了簡單描述，最后簡單介紹了目前風(fēng)力發(fā)電的主要方向。
    一 風(fēng)電控制系統(tǒng)簡述
    風(fēng)電控制系統(tǒng)包括現(xiàn)場風(fēng)力發(fā)電機(jī)組控制單元、高速環(huán)型冗余光纖以太網(wǎng)、遠(yuǎn)程上位機(jī)操作員站等部分。現(xiàn)場風(fēng)力發(fā)電機(jī)組控制單元是每臺(tái)風(fēng)機(jī)控制的核心，實(shí)現(xiàn)機(jī)組的參數(shù)監(jiān)視、自動(dòng)發(fā)電控制和設(shè)備保護(hù)等功能；每臺(tái)風(fēng)力發(fā)電機(jī)組配有就地HMI人機(jī)接口以實(shí)現(xiàn)就地操作、調(diào)試和維護(hù)機(jī)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(jī)組的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)送至上位機(jī)界面；上位機(jī)操作員站是風(fēng)電廠的運(yùn)行監(jiān)視核心，并具備完善的機(jī)組狀態(tài)監(jiān)視、參數(shù)報(bào)警，實(shí)時(shí)/歷史數(shù)據(jù)的記錄顯示等功能，操作員在控制室內(nèi)實(shí)現(xiàn)對(duì)風(fēng)場所有機(jī)組的運(yùn)行監(jiān)視及操作。
    風(fēng)力發(fā)電機(jī)組控制單元（WPCU）是每臺(tái)風(fēng)機(jī)的控制核心，分散布置在機(jī)組的塔筒和機(jī)艙內(nèi)。由于風(fēng)電機(jī)組現(xiàn)場運(yùn)行環(huán)境惡劣，對(duì)控制系統(tǒng)的可靠性要求非常高，而風(fēng)電控制系統(tǒng)是專門針對(duì)大型風(fēng)電場的運(yùn)行需求而設(shè)計(jì)，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(fēng)電控制系統(tǒng)的現(xiàn)場控制站包括：塔座主控制器機(jī)柜、機(jī)艙控制站機(jī)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(jī)、現(xiàn)場總線通訊網(wǎng)絡(luò)、UPS電源、緊急停機(jī)后備系統(tǒng)等。 風(fēng)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(jī)柜是風(fēng)電機(jī)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(qiáng)實(shí)時(shí)性的操作系統(tǒng)，運(yùn)行機(jī)組的各類復(fù)雜主控邏輯通過現(xiàn)場總線與機(jī)艙控制器機(jī)柜、變槳距系統(tǒng)、變流器系統(tǒng)進(jìn)行實(shí)時(shí)通訊，以使機(jī)組運(yùn)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(biāo)準(zhǔn)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(jī)艙控制站 
    機(jī)艙控制站采集機(jī)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(hào)，通過現(xiàn)場總線和機(jī)組主控制站通訊，主控制器通過機(jī)艙控制機(jī)架以實(shí)現(xiàn)機(jī)組的偏航、解纜等功能，此外還對(duì)機(jī)艙內(nèi)各類輔助電機(jī)、油泵、風(fēng)扇進(jìn)行控制以使機(jī)組工作在最佳狀態(tài)。 
    3、變槳距系統(tǒng)
    大型MW級(jí)以上風(fēng)電機(jī)組通常采用液壓變槳系統(tǒng)或電動(dòng)變槳系統(tǒng)。變槳系統(tǒng)由前端控制器對(duì)3個(gè)風(fēng)機(jī)葉片的槳距驅(qū)動(dòng)裝置進(jìn)行控制，其是主控制器的執(zhí)行單元，采用 CANOPEN與主控制器進(jìn)行通訊，以調(diào)節(jié)3個(gè)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(hù)，保證在危急工況下緊急停機(jī)。 
    4、變流器系統(tǒng)