摘要：由于各生產(chǎn)現(xiàn)場風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的機(jī)型不同，導(dǎo)致風(fēng)機(jī)技術(shù)研究及培訓(xùn)等工作始終受到風(fēng)機(jī)機(jī)型的限制，技術(shù)開發(fā)效果不是特別理想，為使風(fēng)電研發(fā)技術(shù)更貼近現(xiàn)場實(shí)際，滿足各風(fēng)電企業(yè)現(xiàn)場的實(shí)際需求，打破風(fēng)機(jī)機(jī)型的限制，解決風(fēng)機(jī)相關(guān)技術(shù)研究及試驗(yàn)需要，使在實(shí)驗(yàn)室的環(huán)境中對風(fēng)機(jī)的設(shè)計(jì)、開發(fā)及風(fēng)電機(jī)組提效技術(shù)進(jìn)行研究，特研究開發(fā)本通用型風(fēng)電機(jī)組控制系統(tǒng)平臺，該平臺的設(shè)計(jì)、研制全過程執(zhí)行嚴(yán)格標(biāo)準(zhǔn)，全部參照風(fēng)電場現(xiàn)場安裝的風(fēng)力發(fā)電機(jī)組真實(shí)機(jī)型使用標(biāo)準(zhǔn)，以及風(fēng)力發(fā)電機(jī)組生產(chǎn)廠家對于整機(jī)及部件的各項(xiàng)標(biāo)準(zhǔn)，最終實(shí)現(xiàn)通用型平臺應(yīng)用。

關(guān)鍵詞：風(fēng)力發(fā)電機(jī)組；通用型；控制系統(tǒng)平臺

1 技術(shù)參數(shù)

該通用型風(fēng)力發(fā)電機(jī)組控制系統(tǒng)開發(fā)平臺，采用市電380V進(jìn)行供電，直接從降壓變壓器出口取電，并單獨(dú)敷設(shè)動力電纜，保證了供電的可靠性。并使用3+1專用電纜，提供可靠接地。380V市電經(jīng)專用雙繞組變壓器，轉(zhuǎn)換為480V、690V兩種電壓等級，滿足該平臺動力電源需求。整體平臺使用交流690V、480V、230V，直流24V等多種電壓等級。發(fā)電機(jī)并網(wǎng)運(yùn)行滿足平臺本身及電網(wǎng)要求，電壓輸出690V±10%，頻率輸出50Hz±1Hz，功率輸出限定最大30kW。

2 技術(shù)指標(biāo)

以現(xiàn)有的Vestas公司V80仿真機(jī)為基礎(chǔ)，自主研制開發(fā)主控、變槳控制系統(tǒng)，以及多種硬件設(shè)備，從而實(shí)現(xiàn)對風(fēng)機(jī)原有及新增系統(tǒng)的控制功能，在滿足原有設(shè)備的性能基礎(chǔ)上，大幅提升該平臺的通用性能。自行編制開發(fā)風(fēng)機(jī)控制程序，安裝通用性較強(qiáng)的巴赫曼PLC模塊及相應(yīng)電氣元件。新增主控PLC采用定制的航空插頭方式與現(xiàn)有V80仿真機(jī)主控PLC進(jìn)行切換，從而實(shí)現(xiàn)對原有設(shè)備的運(yùn)行控制。同時(shí)，新增主控PLC與新增加的變流器、電動變槳系統(tǒng)、偏航仿真系統(tǒng)進(jìn)行控制連接，實(shí)現(xiàn)相關(guān)系統(tǒng)及部件的運(yùn)行控制。搭建一套新的SCADA監(jiān)控平臺，使自行開發(fā)的風(fēng)機(jī)控制程序運(yùn)行時(shí)，相應(yīng)的發(fā)電機(jī)并網(wǎng)時(shí)的變量曲線能夠?qū)崿F(xiàn)時(shí)時(shí)顯示。

3 經(jīng)濟(jì)指標(biāo)

以不超過50萬的總資金投入，實(shí)現(xiàn)該平臺各項(xiàng)設(shè)計(jì)功能，努力創(chuàng)造效益最大化。通過該平臺的科研、試驗(yàn)、培訓(xùn)等功能，在滿足本單位相關(guān)工作需求的同時(shí)，也會給各風(fēng)電公司帶來極大的經(jīng)濟(jì)效益。通過該平臺，大力培養(yǎng)風(fēng)電場現(xiàn)場檢修維護(hù)人員，全面提升檢修維護(hù)技能水平，確保風(fēng)力發(fā)電機(jī)組穩(wěn)定運(yùn)行，減少因故障停機(jī)時(shí)間，避免大量的電量損失。

（1）通過本平臺對風(fēng)機(jī)控制策略進(jìn)行了優(yōu)化試驗(yàn)，并在一個(gè)5萬容量的風(fēng)場進(jìn)行了控制策略的優(yōu)化。該5萬風(fēng)場平均年利用小時(shí)數(shù)為1700小時(shí)，年發(fā)電量50000×1700=8500萬kwh。通過控制策略優(yōu)化后，該風(fēng)場年發(fā)電量提高3%，即增發(fā)8500×0.03=255萬kwh。按電價(jià)0.5元計(jì)算，增加發(fā)電利潤255×0.5=127.5萬。

（2）通過本平臺打開了風(fēng)電技術(shù)培訓(xùn)的內(nèi)部及外部培訓(xùn)市場，培訓(xùn)人數(shù)增加500人次，按照每人次培訓(xùn)費(fèi)用1000元計(jì)算，培訓(xùn)收入增加1000×500=50萬。

（3）由于本試驗(yàn)平臺屬于通用型試驗(yàn)平臺，避免了試驗(yàn)研究人員去多個(gè)生產(chǎn)現(xiàn)場進(jìn)行不同機(jī)型的試驗(yàn)，降低了對生產(chǎn)現(xiàn)場發(fā)電量的影響及試驗(yàn)人員的差旅費(fèi)用。試驗(yàn)人員每年平均去現(xiàn)場5個(gè)生產(chǎn)現(xiàn)場對5種機(jī)型風(fēng)機(jī)進(jìn)行試驗(yàn)，大約每臺風(fēng)機(jī)按照影響發(fā)電10天計(jì)算大約造成240×5=1200小時(shí)小時(shí)的發(fā)電量損失，1臺1.5MW風(fēng)機(jī)按照平均每小時(shí)發(fā)電300KW進(jìn)行估算，1200小時(shí)影響發(fā)電36萬kwh，影響發(fā)電利潤18萬，差旅費(fèi)用每年可節(jié)約2萬。

4 設(shè)計(jì)思路

本通用型風(fēng)電機(jī)組控制系統(tǒng)平臺由V80及科諾偉業(yè)分別生產(chǎn)的兩套主控柜、變流柜，SSB電變槳、Vestas液壓變槳系統(tǒng)、偏航系統(tǒng)、剎車系統(tǒng)、雙饋異步發(fā)電機(jī)、巴赫曼PLC等硬件及系統(tǒng)組成。擁有由中國大唐集團(tuán)新能源股份有限公司完全自主開發(fā)的風(fēng)機(jī)主控程序，控制風(fēng)電機(jī)組組成的變槳系統(tǒng)、偏航系統(tǒng)、剎車系統(tǒng)等所用風(fēng)電機(jī)組系統(tǒng)，最終實(shí)現(xiàn)在沒有風(fēng)機(jī)葉片、塔筒、齒輪箱的實(shí)驗(yàn)室環(huán)境下發(fā)電機(jī)的并網(wǎng)發(fā)電。

本通用型風(fēng)電機(jī)組控制系統(tǒng)平臺通過拖動電機(jī)代替風(fēng)輪和齒輪箱，拖動發(fā)電機(jī)進(jìn)行旋轉(zhuǎn)。在啟動運(yùn)行時(shí)，同時(shí)啟動拖動電機(jī)，主控系統(tǒng)進(jìn)行自測，檢測系統(tǒng)無故障后，液壓變槳機(jī)構(gòu)進(jìn)行變槳，同時(shí)，啟動預(yù)充電回路，通過網(wǎng)測變流器給直流母排預(yù)充壓，當(dāng)預(yù)充壓達(dá)到設(shè)定值時(shí)，切除預(yù)充電回路，投入勵(lì)磁回路，拖動電機(jī)帶動發(fā)電機(jī)旋轉(zhuǎn)，當(dāng)發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)速達(dá)到勵(lì)磁轉(zhuǎn)速時(shí)轉(zhuǎn)子側(cè)變流器給發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子提供勵(lì)磁電流，定子發(fā)電，當(dāng)定子出線處的電壓電流互感器測量定子出線電壓的幅值、相位、頻率與校網(wǎng)一致時(shí)，風(fēng)機(jī)并網(wǎng)發(fā)電。

本通用型風(fēng)電機(jī)組控制系統(tǒng)平臺可在各種不同風(fēng)機(jī)機(jī)型及液壓變槳、電變槳等不同系統(tǒng)間進(jìn)行自由切換，部分信號如輪轂、風(fēng)速信號、齒輪箱等傳感器信號通過電腦模擬，最終使所有系統(tǒng)工作達(dá)到和現(xiàn)場實(shí)際運(yùn)行狀態(tài)完全一致?？刂破髂K采用通用型較強(qiáng)的巴赫曼PLC模塊（主控、輪轂控制器），實(shí)現(xiàn)風(fēng)機(jī)控制程序?qū)Σ煌瑱C(jī)型的硬件控制需求進(jìn)行修改及控制運(yùn)行。

主控柜內(nèi)含主控、變槳控制器、相應(yīng)電氣元件及控制操作面板等主控PLC采用定制的航空插頭方式實(shí)現(xiàn)與不同風(fēng)機(jī)機(jī)型主控PLC進(jìn)行自由切換，達(dá)到快速控制不同風(fēng)機(jī)機(jī)型的目的。

自行開發(fā)一套通用新的SCADA監(jiān)控平臺，使自行開發(fā)的風(fēng)機(jī)控制程序運(yùn)行時(shí)，相應(yīng)的發(fā)電機(jī)并網(wǎng)時(shí)的變量曲線能夠?qū)崿F(xiàn)時(shí)時(shí)顯示。溫度、壓力、振動等信號通過傳感器進(jìn)行實(shí)際信號采集，輪轂、風(fēng)速變化、齒輪箱等傳感器，發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)矩等相關(guān)數(shù)據(jù)信號，通過電腦軟件信號模擬，反饋給風(fēng)機(jī)主控程序，最終實(shí)現(xiàn)所有主控面板顯示的數(shù)據(jù)信號與現(xiàn)場實(shí)際風(fēng)機(jī)并網(wǎng)信號的完全一致。

5 技術(shù)優(yōu)勢

現(xiàn)有國內(nèi)同類風(fēng)電機(jī)組試驗(yàn)平臺均為針對專有機(jī)型開發(fā)研制，而針對所有機(jī)型均可應(yīng)用的實(shí)驗(yàn)平臺尚屬首例，本平臺的研發(fā)成功可使風(fēng)電技術(shù)試驗(yàn)研發(fā)人員不必針對不同機(jī)型分別進(jìn)行試驗(yàn)，大大縮短了試驗(yàn)周期，降低了風(fēng)電技術(shù)研發(fā)成本，在風(fēng)電試驗(yàn)平臺的開發(fā)與應(yīng)用市場競爭優(yōu)勢明顯。

同時(shí)通過通用型風(fēng)電機(jī)組控制系統(tǒng)平臺的研制，擁有了自主開發(fā)的風(fēng)機(jī)控制程序，突破了風(fēng)機(jī)制造廠家對風(fēng)機(jī)核心技術(shù)的封鎖與控制，對風(fēng)電機(jī)組的設(shè)計(jì)研發(fā)、風(fēng)電技術(shù)的研究及試驗(yàn)將產(chǎn)生重大意義，在風(fēng)電行業(yè)的技術(shù)研發(fā)平臺領(lǐng)域具有極強(qiáng)的市場競爭力。

在本平臺上可針對現(xiàn)場所有機(jī)型并針對不同現(xiàn)場環(huán)境、有針對性的進(jìn)行控制策略的優(yōu)化及風(fēng)機(jī)提效試驗(yàn)，可大大提高設(shè)備的發(fā)電量，給企業(yè)帶來巨大的經(jīng)濟(jì)效益。

而在風(fēng)電技術(shù)培訓(xùn)領(lǐng)域，由于通用型風(fēng)電機(jī)組控制系統(tǒng)平臺可實(shí)現(xiàn)所有風(fēng)機(jī)機(jī)型的實(shí)操培訓(xùn)，大大增加了培訓(xùn)效果及風(fēng)電技術(shù)人員的技能提升，打破了風(fēng)電仿真實(shí)訓(xùn)的瓶頸，使培訓(xùn)的實(shí)效性大大增強(qiáng)，提高了現(xiàn)場人員的故障處理能力及工作效率，隱形效益極高，在風(fēng)電培訓(xùn)市場競爭優(yōu)勢明顯。

6 總結(jié)

本通用型風(fēng)力發(fā)電機(jī)組控制系統(tǒng)開發(fā)平臺不受風(fēng)機(jī)機(jī)型限制，可模擬實(shí)現(xiàn)風(fēng)電行業(yè)任何風(fēng)機(jī)機(jī)型的動作過程及工作原理，在風(fēng)電行業(yè)風(fēng)機(jī)試驗(yàn)平臺及仿真教學(xué)領(lǐng)域中尚屬首例。其在風(fēng)電領(lǐng)域?qū)⒕哂袕V泛的應(yīng)用前景，也會給各風(fēng)電公司帶來極大的經(jīng)濟(jì)效益。

通過該平臺，大力培養(yǎng)風(fēng)電場現(xiàn)場檢修維護(hù)人員，全面提升檢修維護(hù)技能水平，確保風(fēng)力發(fā)電機(jī)組穩(wěn)定運(yùn)行，減少因故障停機(jī)時(shí)間，避免大量的電量損失。本平臺可提供對所有機(jī)型的相關(guān)技術(shù)進(jìn)行研究及試驗(yàn)，在試驗(yàn)平臺開發(fā)領(lǐng)域尚屬首例，為平臺開發(fā)領(lǐng)域提供了新的研發(fā)思路，帶來的社會效益巨大。本平臺打破了風(fēng)電行業(yè)實(shí)操培訓(xùn)領(lǐng)域機(jī)型限制的瓶頸問題，解決了長期困擾風(fēng)電培訓(xùn)領(lǐng)域的難題，社會效益明顯。

作者簡介：

張舒翔（1985—），男，內(nèi)蒙古赤峰，本科，工程師，主要研究：風(fēng)力發(fā)電相關(guān)技術(shù)。