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王永付 （北京和利時(shí)自動化驅(qū)動技術(shù)有限公司，100176） [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(yán)重,，發(fā)達(dá)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(yán)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(fēng)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(fēng)力發(fā)電給予政策扶持,，以減稅、抵稅和價(jià)格補(bǔ)貼等經(jīng)濟(jì)手段給予激勵(lì),，推進(jìn)了風(fēng)力發(fā)電的發(fā)展,。風(fēng)電領(lǐng)域中，使用PLC（可編程控制器）作為風(fēng)力發(fā)電機(jī)組控制器進(jìn)行風(fēng)力發(fā)電機(jī)組控制,，由于國外整機(jī)廠家控制系統(tǒng)核心技術(shù)對外保密,，提供維護(hù)服務(wù)費(fèi)用較高，所以風(fēng)力發(fā)電機(jī)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(shí)公司LK系列PLC進(jìn)行風(fēng)力發(fā)電機(jī)組控制系統(tǒng)的改造工作,，結(jié)合實(shí)際項(xiàng)目介紹改造過程中PLC的選型、配置,，通訊的設(shè)置等,。使用LK PLC改造的風(fēng)力發(fā)電機(jī)組在現(xiàn)場工作正常,，發(fā)電量與附近風(fēng)力發(fā)電機(jī)組相當(dāng)，功率曲線與風(fēng)力發(fā)電機(jī)組設(shè)計(jì)要求基本吻合,，滿足用戶需求,。 [關(guān)鍵詞] 和利時(shí)，風(fēng)力發(fā)電,，PLC,，主控系統(tǒng) Hollysys control system for MW wind turbine 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(dāng)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(yùn)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(dāng)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(diǎn),，對于解決當(dāng)今世界嚴(yán)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(fēng)能是儲量巨大的新能源,，風(fēng)電的發(fā)展一直是新能源發(fā)展的重點(diǎn),。 我國風(fēng)電技術(shù)從引進(jìn)就直接過渡到大規(guī)模生產(chǎn)，在大規(guī)模風(fēng)電場建設(shè)中,，現(xiàn)有國外風(fēng)電技術(shù)與我國國情的不適應(yīng)越來越突出,。面對高成本、售后技術(shù)支持跟不上,、產(chǎn)品故障率高,、維護(hù)難等問題，使我國風(fēng)電事業(yè)發(fā)展遇到瓶頸,。 因此,，大力發(fā)展自有技術(shù)，開發(fā)質(zhì)優(yōu)價(jià)廉的風(fēng)電機(jī)及控制產(chǎn)品,，讓大型風(fēng)電設(shè)備得到推廣普及,，將成為我國廣大工程技術(shù)人員和研發(fā)生產(chǎn)企業(yè)的共同努力的目標(biāo)。只有這樣才能讓我國的風(fēng)電產(chǎn)業(yè)大力發(fā)展,，才能使風(fēng)電成為重要的新能源,，才能保證風(fēng)能技術(shù)的開發(fā)領(lǐng)跑世界風(fēng)電產(chǎn)業(yè)。 2,、需要改造的風(fēng)機(jī)介紹 該風(fēng)機(jī)為變速恒頻風(fēng)電機(jī)組,，三葉片,、迎風(fēng)、水平軸向的風(fēng)機(jī),，葉輪的直徑為 70.5 米,。風(fēng)機(jī)的葉輪和機(jī)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(fēng)機(jī)采用主動偏航控制（使風(fēng)機(jī)按照風(fēng)向調(diào)整轉(zhuǎn)向）,，主動變槳矩控制（用來調(diào)節(jié)風(fēng)機(jī)葉輪轉(zhuǎn)速）和發(fā)電機(jī)/功率電子變換系統(tǒng)（用來產(chǎn)生標(biāo)準(zhǔn) 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(jī)艙柜,。
圖2-1 需要改造風(fēng)機(jī)原始配置圖 由于該型號風(fēng)機(jī)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(jī)廠商的配件,，或請?jiān)瓘S家人員進(jìn)行維修,，配件價(jià)格與維護(hù)費(fèi)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(hù),，故風(fēng)場用戶需要改造該型號風(fēng)機(jī),，使其具有自主程序，便于工藝研究與維護(hù),。 3,、和利時(shí)控制系統(tǒng)LK PLC配置 和利時(shí)主控系統(tǒng)采用風(fēng)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(jì)數(shù)模塊、電源模塊,、背板和HMI等組成,，以滿足風(fēng)力發(fā)電機(jī)的控制要求[2]。 主控制柜,，安裝于風(fēng)電機(jī)組塔筒底部,，與機(jī)艙柜通過現(xiàn)場總線進(jìn)行通訊；與遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)和人機(jī)界面通過工業(yè)以太網(wǎng)進(jìn)行通訊,，對風(fēng)電機(jī)組整體運(yùn)行進(jìn)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(jī)艙站,，采用遠(yuǎn)程I/O方式，設(shè)置成控制分站,。用于采集電網(wǎng)電量信息,，記錄風(fēng)向、風(fēng)速,、發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)速及溫度等數(shù)據(jù),，控制偏航、扭攬,。機(jī)艙站通過光纖介質(zhì)與塔底主控站進(jìn)行通訊,。 人機(jī)界面，安裝于風(fēng)電機(jī)組塔底和機(jī)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(yùn)行狀態(tài)控制和顯示、風(fēng)電機(jī)組參數(shù)設(shè)置,、故障記錄的查詢等工作,。通過設(shè)置用戶訪問權(quán)限，保證風(fēng)電機(jī)組操作的安全可靠,。 SCADA系統(tǒng),，安裝在中控室，便于遠(yuǎn)程操作控制風(fēng)機(jī),，包括完成系統(tǒng)運(yùn)行狀態(tài)控制和顯示,、風(fēng)電機(jī)組參數(shù)設(shè)置、歷史數(shù)據(jù)的查詢和統(tǒng)計(jì),、故障記錄的查詢等工作,。通過設(shè)置用戶訪問權(quán)限，保證風(fēng)電機(jī)組操作的安全可靠,。
圖3-1 和利時(shí)LK PLC配置圖 4,、和利時(shí)控制系統(tǒng)軟件組成 風(fēng)機(jī)控制系統(tǒng)由圖4-1所示幾部分組成：
圖4-1 和利時(shí)LK PLC控制系統(tǒng)組成 風(fēng)機(jī)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(jī)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(jié)論 風(fēng)機(jī)使用和利時(shí)LK PLC改造后，根據(jù)現(xiàn)場維護(hù)數(shù)據(jù)分析,，風(fēng)機(jī)報(bào)故障次數(shù)和其他風(fēng)機(jī)相比少,，正常情況下發(fā)電量和周邊風(fēng)機(jī)相當(dāng)（考慮風(fēng)機(jī)位置不同，導(dǎo)致風(fēng)速大小不同）,，功率曲線如圖5-1所示,，功率曲線與風(fēng)機(jī)設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)吻合。
圖5-1 和利時(shí)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(fēng)機(jī)運(yùn)行情況調(diào)整程序或參數(shù),，使風(fēng)機(jī)運(yùn)行達(dá)到最優(yōu)，滿足用戶使用要求,；同時(shí)可自由選擇風(fēng)機(jī)中使用的各種設(shè)備，如風(fēng)速風(fēng)向儀,、風(fēng)扇,、加熱器、測頻模塊等,，這在之前從國外整機(jī)引進(jìn)中是不可能的,，只能由國外廠家指定。 使用LK PLC改造的風(fēng)力發(fā)電機(jī)組在現(xiàn)場工作正常,，發(fā)電量與附近風(fēng)力發(fā)電機(jī)組相當(dāng),，功率曲線與風(fēng)力發(fā)電機(jī)組設(shè)計(jì)要求基本吻合。 現(xiàn)場風(fēng)機(jī)運(yùn)行數(shù)據(jù)驗(yàn)證了和利時(shí)LK PLC滿足風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的控制要求,。 參考文獻(xiàn) [1]變速恒頻風(fēng)電機(jī)組技術(shù)規(guī)格說明. [2]和利時(shí)風(fēng)電控制產(chǎn)品選型手冊.北京和利時(shí)自動化驅(qū)動技術(shù)有限公司,2010
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