風電主控系統(tǒng)通訊解決方案

　　引言

　　中國的風能資源十分豐富，目前已經(jīng)探明的風能儲量約為3226GW，其中可利用風能約為253GW，主要分布在西北、華北和東北的草原和戈壁以及東部和東南沿海及島嶼上。根據(jù)統(tǒng)計，截至到2006 年底，中國大陸地區(qū)已建成并網(wǎng)型風電場91 座，累計運行風力發(fā)電機組3311 臺，總?cè)萘窟_259.9 萬kW(以完成整機吊裝作為統(tǒng)計依據(jù))。已經(jīng)建成并網(wǎng)發(fā)電的風場主要分布在新疆、內(nèi)蒙、廣東、浙江、遼寧等16 個省區(qū)。根據(jù)電監(jiān)會公布的數(shù)據(jù)，截至2006 年底,中國發(fā)電裝機容量達到62200 萬kW，風力發(fā)電占全國總裝機容量的0.42%。截至到2006 年底，全世界總風電裝機容量已經(jīng)達到7390.4 萬kW，其中德國總裝機容量2062.2 萬kW，位居世界第一，中國2006 年風電新增裝機容量僅次于美國、德國、印度和西班牙，列第五位;總裝機容量列世界第六位。因此，風力發(fā)電將成為我國最具大規(guī)模開發(fā)前景的新能源之一。

　　系統(tǒng)概述

　　風電主控系統(tǒng)可根據(jù)風速、風向?qū)ο到y(tǒng)加以控制，在穩(wěn)定的電壓和頻率下運行，自動地并網(wǎng)和脫網(wǎng)，并監(jiān)視齒輪箱、發(fā)電機的運行溫度，液壓系統(tǒng)的油壓，對出現(xiàn)的任何異常進行報警，必要時自動停機。保證風電機組安全可靠運行，實現(xiàn)自然風的最大利用率和最高的能量轉(zhuǎn)化率，向電網(wǎng)提供良好的電能。

　　目前國內(nèi)監(jiān)控系統(tǒng)的下位機是指風電機組的控制器。對于每臺風力發(fā)電機組來說，即使沒有上位機的參與，也能安全正確地工作。所以相對于整個監(jiān)控系統(tǒng)來說，下位機控制系統(tǒng)是一個子系統(tǒng)，具有在各種異常工況下單獨處理風電機組故障，保證風電機組安全穩(wěn)定運行的能力。Ci‐pf110‐M 作為此控制系統(tǒng)的主控制器PROFIBUS 總線光纖通訊至關(guān)重要，通過ROFIBUS 總線通訊檢測電網(wǎng)參數(shù)、風況、現(xiàn)場溫度參數(shù)，對風電機組進行并、脫網(wǎng)控制，同時根據(jù)風況進行偏航、變槳等動作，以進行優(yōu)化控制，從而提高風電機組的運行效率與發(fā)電質(zhì)量。

　　圖1 支持PROFIBUS‐DP 協(xié)議的控制柜之間采用光纖連接

　　主控站安裝于風電機組塔筒底部，與機艙站通過PROFIBUS 總線光纖進行通訊，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)測;通過現(xiàn)場總線實現(xiàn)與變槳系統(tǒng)和變流系統(tǒng)通訊。機艙站以遠程IO 方式，通過現(xiàn)場總線與主控制器、變槳控制系統(tǒng)進行通訊。機艙站用于采集電網(wǎng)電量信息，記錄風向、風速、發(fā)電機轉(zhuǎn)速及溫度等數(shù)據(jù)，控制偏航、扭攬。機艙站通過光纖介質(zhì)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(shè)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(shè)置用戶訪問權(quán)限，保證風電機組操作的安全可靠。

Ck‐if620‐S 以太網(wǎng)交換機將每臺風電機組數(shù)據(jù)，通過光纖介質(zhì)，發(fā)送到中央監(jiān)控系統(tǒng)中。風電機組與風電機組之間采用環(huán)網(wǎng)拓撲結(jié)構(gòu)。

　　優(yōu)勢及特點

　　可靠性高。塔底與機艙采用光纖通訊，保障通訊不受外部干擾;出色的環(huán)境適應(yīng)性。溫度適應(yīng)性寬，‐40℃能順利工作;出色的工藝，適合于戈壁、灘涂以及海上風力發(fā)電自控系統(tǒng)。擁有強大的自診斷功能，光纖鏈路及掉電報警，支持電源冗余;適合風電應(yīng)用的專用產(chǎn)品。如PROFIBUS 光纖通訊模塊Ci‐pf110‐M;以太網(wǎng)光纖交換機Ck‐if620 等，用于完成風電特殊信號的遠距離通訊。

　　風電自控通訊專用產(chǎn)品

　　光纖通訊模塊Ci‐pf110‐M 特點：

　　▲ 拓展PROFIBUS‐DP 總線的傳輸距離

　　▲ 支持Profibus‐DP 工業(yè)控制現(xiàn)場總線協(xié)議,通信速率0~6M(12M 可選).

　　▲ 電接口具備1500V 電壓隔離以及600W 浪涌保護功能。

　　▲ 單光口/雙光口鏈網(wǎng)支持.

　　▲ 采用DC9‐30V 寬電源輸入，雙電源冗余，DC1000V 電源隔離，反接保護.

　　▲ 提供繼電器輸出光纖鏈路以及電源故障告警。

　　▲ IP30 防護等級,波浪紋鋁制加強機殼,采用標準工業(yè)35mm 導軌安裝方式。

　　▲ 外形尺寸(高*深*寬)：132mm×105mm×52mm

　　▲ 工作溫度：‐10‐70℃(‐40℃+85℃寬溫可選).

　　▲ 相對濕度：≤90%(無冷凝)

　　▲ 存放溫度：﹣40～80℃

　　以太網(wǎng)光纖交換機Ck‐if620‐S 特點：

　　▲ 2FX+6TX,10/100M,單模SC 接口(ST、FC 選制)

　　▲ 支持網(wǎng)絡(luò)管理，光纖自愈環(huán)功能。

　　結(jié)束語

　　采用深圳訊記公司的Ci‐pf110‐M 總線數(shù)據(jù)光端機用于風電主控系統(tǒng)PROFIBUS 總線光纖通訊，在內(nèi)蒙古某風電場投運以來，通訊一直正常，有效地保證了自動控制系統(tǒng)的正常運行。

　　“十五”期間，中國的并網(wǎng)風電得到迅速發(fā)展。成為繼歐洲、美國和印度之后發(fā)展風力發(fā)電的主要市場之一。在保證質(zhì)量的前提下大大降低了光纖通訊硬件成本，縮短傳統(tǒng)進口產(chǎn)品昂貴、交貨期長，Ci‐pf110 性能穩(wěn)定、方便易用等優(yōu)點，在風電自動化控制系統(tǒng)領(lǐng)域值得推廣。

　　備注：采用深圳訊記公司生產(chǎn)的Ci‐pf120 系列產(chǎn)品可一主與多總站之間實現(xiàn)光纖總線式通訊