摘 要 隨著石油、煤炭、天然氣等礦物能源的日益枯竭，以及使用礦物能源帶來的環(huán)境污染問題嚴重，發(fā)達國家開始征收能源稅和碳稅，環(huán)保對常規(guī)發(fā)電提出新的、嚴格的要求，在這種情況下，人們將目光投向了新能源。 隨著綠色能源的大力發(fā)展，風能作為一種清潔的可再生能源，儲量豐富，越來越受到世界各國的重視，一些國家對風力發(fā)電給予政策扶持，以減稅、抵稅和價格補貼等經(jīng)濟手段給予激勵，推進了風力發(fā)電的發(fā)展。風電領域中，使用PLC（可編程控制器）作為風力發(fā)電機組控制器進行風力發(fā)電機組控制，由于國外整機廠家控制系統(tǒng)核心技術對外保密，提供維護服務費用較高，所以風力發(fā)電機組控制系統(tǒng)的國產(chǎn)化勢在必行。
本文主要介紹使用和利時公司LK系列PLC進行風力發(fā)電機組控制系統(tǒng)的改造工作，結合實際項目介紹改造過程中PLC的選型、配置，通訊的設置等。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，滿足用戶需求。
關鍵詞 和利時，風力發(fā)電，PLC，主控系統(tǒng)
Hollysys control system for MW wind turbine
wangyongfu
（Beijing Hollysys Automation & Drive Ltd.,Co，100176）
Abstract With the increasing depletion of fossil energy such as oil, coal and natural gas, as well as the serious problem of environmental pollution caused by the use of fossil energy, the developed countries have started to impose energy taxes and carbon taxes, environmental protection new, stricter requirements for conventional power generation, in thiscase, people will turn their attention to new energy sources. With the vigorous development of green energy, the wind energy as a clean source of renewable energy, abundant reserves, more and more attention of the world, some countries give policy support for wind power to tax cuts, tax deductible, and price subsidies and other economic means to give incentives to promote the development of wind power. PLC (Programmable Logic Controller) in the field of wind power, wind turbine control, as the wind turbine controller control system core technology kept secret due to foreign machine manufacturers, provide maintenance service costs are higher, so the wind turbine control system localization is imperative.
This paper describes the use and profit when the company LK Series PLC transformation of the wind turbine control system, combined with the actual project describes the selection of the transformation process, the PLC, configuration, communication settings. LK PLC transformation of wind turbines working in the field, power generation and wind turbine near quite consistent power curve of the wind turbine design requirements, to meet the user's needs.
Key Words Hollysys, Wind Power , PLC, main control system
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（使風機按照風向調整轉向），主動變槳矩控制（用來調節(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。
圖2-1 需要改造風機原始配置圖
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動技術有限公司,2010
