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)

　　大型風力發(fā)電機組目前普遍采用大功率的變流器以實現(xiàn)發(fā)電能源的變換，變流器系統(tǒng)通過現(xiàn)場總線與主控制器進行通訊，實現(xiàn)機組的轉(zhuǎn)速、有功功率和無功功率的調(diào)節(jié)。

　　5、現(xiàn)場觸摸屏站

現(xiàn)場觸摸屏站是機組監(jiān)控的就地操作站，實現(xiàn)風力機組的就地參數(shù)設(shè)置、設(shè)備調(diào)試、維護等功能，是機組控制系統(tǒng)的現(xiàn)場上位機操作員站。

　　6、以太網(wǎng)交換機（HUB）

系統(tǒng)采用工業(yè)級以太網(wǎng)交換機，以實現(xiàn)單臺機組的控制器、現(xiàn)場觸摸屏和遠端控制中心網(wǎng)絡(luò)的連接?，F(xiàn)場機柜內(nèi)采用普通雙絞線連接，和遠程控制室上位機采用光纜連接。

　　7、現(xiàn)場通訊網(wǎng)絡(luò)

　　主控制器具有CANOPEN、PROFIBUS、MODBUS、以太網(wǎng)等多種類型的現(xiàn)場總線接口，可根據(jù)項目的實際需求進行配置。

　　8、UPS電源

　　UPS電源用于保證系統(tǒng)在外部電源斷電的情況下，機組控制系統(tǒng)、危急保護系統(tǒng)以及相關(guān)執(zhí)行單元的供電。

　　9、 后備危急安全鏈系統(tǒng)

　　后備危急安全鏈系統(tǒng)獨立于計算機系統(tǒng)的硬件保護措施，即使控制系統(tǒng)發(fā)生異常，也不會影響安全鏈的正常動作。安全鏈是將可能對風力發(fā)電機造成致命傷害的超常故障串聯(lián)成一個回路，當安全鏈動作后將引起緊急停機，機組脫網(wǎng)，從而最大限度地保證機組的安全。

　　所有風電機組通過光纖以太網(wǎng)連接至主控室的上位機操作員站，實現(xiàn)整個風場的遠程監(jiān)控，上位機監(jiān)控軟件應(yīng)具有如下功能:

　?、?系統(tǒng)具有友好的控制界面。在編制監(jiān)控軟件時，充分考慮到風電場運行管理的要求，使用漢語菜單，使操作簡單，盡可能為風電場的管理提供方便。

　?、?系統(tǒng)顯示各臺機組的運行數(shù)據(jù)，如每臺機組的瞬時發(fā)電功率、累計發(fā)電量、發(fā)電小時數(shù)、風輪及電機的轉(zhuǎn)速和風速、風向等，將下位機的這些數(shù)據(jù)調(diào)入上位機，在顯示器上顯示出來，必要時還可以用曲線或圖表的形式直觀地顯示出來。

　?、?系統(tǒng)顯示各風電機組的運行狀態(tài)，如開機、停車、調(diào)向、手/自動控制以及大/小發(fā)電機工作等情況，通過各風電機組的狀態(tài)了解整個風電場的運行情況。

　?、?系統(tǒng)能夠及時顯示各機組運行過程中發(fā)生的故障。在顯示故障時，能顯示出故障的類型及發(fā)生時間，以便運行人員及時處理及消除故障，保證風電機組的安全和持續(xù)運行。

　?、?系統(tǒng)能夠?qū)︼L電機組實現(xiàn)集中控制。值班員在集中控制室內(nèi)，只需對標明某種功能的相應(yīng)鍵進行操作，就能對下位機進行改變設(shè)置狀態(tài)和對其實施控制。如開機、停機和左右調(diào)向等。但這類操作有一定的權(quán)限，以保證整個風電場的運行安全。

　?、?系統(tǒng)管理。監(jiān)控軟件具有運行數(shù)據(jù)的定時打印和人工即時打印以及故障自動記錄的功能，以便隨時查看風電場運行狀況的歷史記錄情況。

　　二 風電控制系統(tǒng)基本功能

　　（1）數(shù)據(jù)采集（DAS）功能：包括采集電網(wǎng)、氣象、機組參數(shù)，實現(xiàn)控制、報警、記錄、曲線功能等；

　?。?）機組控制功能：包括自動啟動機組、并網(wǎng)控制、轉(zhuǎn)速控制、功率控制、無功補償控制、自動對風控制、解纜控制、自動脫網(wǎng)、安全停機控制等；

　?。?）遠程監(jiān)控系統(tǒng)功能：包括機組參數(shù)、相關(guān)設(shè)備狀態(tài)的監(jiān)控，歷史和實時曲線功能，機組運行狀況的累計監(jiān)測等。

　　1、數(shù)據(jù)采集（DAS）功能

　　機組運行過程中進行監(jiān)測的相關(guān)參數(shù)包括：

　　（1）電網(wǎng)參數(shù)，包括電網(wǎng)三相電壓、三相電流、電網(wǎng)頻率、功率因數(shù)等。電壓故障檢測：電網(wǎng)電壓閃變、過電壓、低電壓、電壓跌落、相序故障、三相不對稱等。

　　（2）氣象參數(shù)，包括風速、風向、環(huán)境溫度等。

　?。?）機組狀態(tài)參數(shù)檢測，包括：風輪轉(zhuǎn)速、發(fā)電機轉(zhuǎn)速、發(fā)電機線圈溫度、發(fā)電機前后軸承溫度、齒輪箱油溫度、齒輪箱前后軸承溫度、液壓系統(tǒng)油溫、油壓、油位、機艙振動、電纜紐轉(zhuǎn)、機艙溫度等。

　　風電場遠程監(jiān)控中心的上位機和塔座觸摸屏站均可實現(xiàn)機組的狀態(tài)監(jiān)視，實現(xiàn)相關(guān)參數(shù)的顯示、記錄、曲線、報警等功能。