基于嵌入式平台风电机组主控系统控制器开发

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1、第34卷第3期华电技术Vo1．34No．32012年3月HuadianTechnologyMar．20l2基于嵌入式平台的风电机组主控系统控制器的开发秦成虎，王斌，董胜刚，沙玉婷(国电南京自动化股份有限公司，江苏南京210003)摘要：以兆瓦级双馈风力发电机组为控制对象，基于嵌入式计算机技术、网络技术及图形组态技术，开发出了适用于风力发电机组的主控系统控制器。针对风电机组控制器标准所提出的安全链系统的要求，设计出了控制器的安全链结点，其中包括安全链结点的硬件电路设计和软件逻辑设计。该控制器通过相应的配置和修改，可广泛应用于不同类型风力发电机组的控制系统。关键词：风力发电机组；主控系统；图形组

2、态；控制器；安全链结点中图分类号：TM571：TK83文献标志码：B文章编号：1674—1951(2012)03～0075—03HMI(HumanMachineInterface)组成。主控系统可O引言通过主控制器的配置、逻辑软件的调整、I／O模件的当前，国内兆瓦级风电机组整机组装基本实现了组合、主控系统柜体的电气配合和HMI的组态调国产化，在国产化率政策要求的推动和扶持下得到持整，实现各类机组的状态监控、变频系统控制、变桨续的提升，其中诸如叶片、齿轮箱、发电机、轴承、塔系统控制、偏航系统控制、齿轮箱监视、发电机监视、筒、机舱罩等电气和机械部件已经完全替代国外产液压站和安全链等设备的监视，实

3、时数据、功率曲品。但作为风电机组可靠、稳定运行核心的电控系统线、历史事件的显示，故障状态监控及仿真调试等功(包括机组主控系统、变频系统和变浆系统)，尚不能能。主控系统典型配置如图1所示。迅速国产化。其中主控系统国内整机厂家或是保持主控制器在分析被控对象的结构、运行规律和了所引进原型机的原配系统，或是在进口风电专用可运行环境的基础上进行设计。针对风电机组测点分编程控制器(PLC)基础上进行控制策略的应用。布特性和运行维护方便性的要求，主控制器安装在由于国内风电行业总体处于起步阶段，各配套塔底控制器机架上。I／O模件同时安装在塔底控制部件厂家的设备性能需要通过长时间运行进行磨合器机架和机舱扩展机

4、架上；塔底和机舱都配有就地和提高，可靠性仍需不断提高。采用原配系统的风HMI，便于人员调试；塔底和机舱都带有电气柜体，机主控系统，维护成本居高不下；采用进口风电专用PLC的主控系统，因为核心部件的局限性，在运行过用于安装主控制器、I／O模件等，同时还包括安全链程中无法根据机组实际运行状态进行控制策略的优系统的布置。化和完善，从而影响机组长期运行的稳定、可靠性。机舱扩展机架安装主通信模件、第3方智能设随着国内风电场总装机容量的持续扩大，风场备扩展通信模件和各种I／O模件。其中，主通信模等级规模已从50MW上升到200Mw乃至300Mw，件通过内部并行总线和I／O模件交换数据，将数据风机控制系统

5、已经不局限于所属风机的控制，而是汇总后通过光纤以太网和塔底控制器进行信息涉及整个风场功率动态分配的范畴，从而对机组控交互。制系统提出了新的要求⋯。总之，开发出具有自主塔底机架由电源模件、主CPU模件、主通信模知识产权的主控系统(特别是作为主控系统核心的件、扩展通信模件和各种I／O模件组成。主控制器控制器部分)显得十分必要。与网关之间通过并行总线进行通信，确保数据的实1主控系统组成时I生。网关与I／O模件之间是双CAN总线冗余通信，确保通信的可靠性。其中，控制逻辑软件运行于风电机组主控系统由主控制器及其逻辑控制软件、I／0模件、安全链系统、电气柜体和人机界面主CPU模件上，用于风电机组的控制算

6、法计算。控制器和I／O模件的典型组成如图2所示，控收稿日期：2011—10—13制器主要包括主CPU模件和CP通信模件。·76·华它裁术第34卷I：：：’兰：：：：：电源——输对入X86PC104及其他外围电路外网

7、_接接[SA口【】图3CPU模件的功能接口内存保护功能，同时驱动设备加载组件化，具有良好的可扩充性。支持真正的多进程“并行运行”方式。采用实时内核扩展功能的操作系统，使得执行任务时间和非RTOS相比由数十毫秒提升到数百微秒，使得控制器的实时特性得到极大提高J。2．2控制器逻辑软件设计控制器控制逻辑软件设计完全符合IEC61131—3标准，支持ST，LD，IL，SFC，FBD等5种

8、标准PLC编程语言。利用组态软件，可方便地对风电机组的控制逻辑进行组态。2．3CP网关通信模件设计风电中的变桨系统和变流系统产品型号众多，通信接口类型多种多样，目前比较常用的是CAN图1风电机组主控系统典型配置Open，Profibus—DP和Modbus。主控制器针对此需求，开发专门负责通信的CP模件，可以与不同的总线接口进行通信。几种网关模件都是基于统一的硬件和软件平台，接口配置灵活，如图4所示。————