早期風力發電機組變槳控制系統的改造

孫東旭，鄭 皓，唐江豐

（固安華電天仁控制設備有限公司，河北廊坊 065500）

0 引言

根據我國風電行業自主發展的特點，各大整機廠家設計了不同特性的風電機組。風電機組性能差異大，大量風電機組未經性能檢測就并網運行，風電機組實際運行與設計功率特性存在較大差異，年發電量達不到預期目標[1]。隨著近幾年信息技術如云計算、大數據、移動互聯網等的快速發展，基于數據分析的風電機組發電量提升在風場運行中的作用逐漸顯現，這對老舊風場升級改造和智能運維具有重要意義。

TR-1.5G 系列低壓變槳控制系統是華電天仁制設備有限公司針對國內1.5 MW 雙饋異步風力發電機組研發設計的早期產品。當時設備未做信息化相關功能，但留有數據接口。作為風電機組的主要部件，目前有必要對其進行數據采集接口功能改造。

1 TR-1.5G 系列變槳控制系統

變槳控制系統是一個閉環反饋控制系統，一般根據風速與輸出功率作為控制量來給出變槳距角指令[2]。

TR-1.5G 系列變槳控制系統由3 個功能和結構相同的軸柜組成（圖1）。自動模式下工作時，PLC 接受風機主控通過現場總線下達的位置指令，經過位置環運算輸出速度指令，通過變槳控制系統內部通信傳給AC2 變頻器，變頻器完成速度環與電流環運算驅動電機帶動槳葉，位置編碼器反饋槳葉位置至PLC 和風機主控。

2 改造方案

2.1 現有條件

TR-1.5G 系列變槳控制系統為早期機型，具備以下改造條件。

圖1 TR-1.5 系列變槳控制系統

（1）變槳柜中的24 VDC 電源有充足的設計裕量，可滿足一定功率的供電需要。

（2）每個軸柜配置的PLC 控制器為倍福CX9000 系列，該PLC 是一款緊湊型以太網控制器，可運行Windows CE 操作系統。目前預留2 個以太網RJ45 接口，支持高速以太網和Ether－CAT 總線，PLC 可通過此接口以OPC（Object Linking and Embedding，對象連接與嵌入；OLE for Process Control，用于過程控制的OLE）協議對外提供數據接口。

（3）輪轂內，變槳軸箱的安裝支架上預留了小型設備的安裝孔位。

根據變槳控制系統的功能、結構特點以及實際的功能需求，在保證風電機組和變槳控制系統運行安全的情況下進行改造方案設計。

2.2 改造方案

為最大程度不改變原變槳軸箱的元器件的安裝布局，新增加1 個功能箱來作為以太網數據通信的接口，功能箱內安裝1個以太網防浪涌模塊、1 個多功能通信管理器和1 個以太網交換機：24 VDC 電源從B 軸中取用；以太網信號從滑環接入，經以太網絡防浪涌模塊后接入多功能通信管理模塊（CP6100R），該模塊通過建立VPN（Virtual Private Network，虛擬專用網絡）的方式與復雜的外部網絡隔離，防止網絡風險；最后經以太網交換機分別接入3 個變槳柜的PLC 控制器（圖2）。

圖2 改造后變槳控制系統

3 結語

通過對華電天仁早期TR-1.5G 系列低壓變槳控制系統結構和現有條件進行分析，提出改造方案，設計出一款數據接口功能盒裝置。該方案以OPC 協議的方式接入到風場的以太網系統，為風電機組變槳控制系統的信息化提供了安全通道。