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风电控制系统开发平台利器

作者:宋华振,贝加莱工业自动化(上海)有限公司2009.07.16阅读 11415

  今天,风力发电技术的市场正在迅猛增长,而对于控制器的需求也具有极大的潜力,然而,控制系统硬件及应用软件包均来自欧洲制造商的授权,而国内目前尚未有成熟的可用于大型风力发电机组的控制器设计,而风力发电与普通的机械设备在控制器的设计上有非常大的不同,其控制算法复杂

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,需要强大的处理能力和算法设计能力,另一方面,它需要更可靠的设计,而如何去实现这些复杂的要求,B&R,作为自动化领域技术的倡导者提供了一个卓越的整机控制的完整系统平台。
  平台之利——风电机组控制全流程平台
  所谓“工欲善其事,必先利其器”,要开发自主知识产权的控制系统

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,开发平台的选择至关重要,提供持续的创新设计和高度的集成能力,是一个必不可少的评估条件www.cechina.cn,这涉及到了实时的硬件性能需求CONTROL ENGINEERING China版权所有,算法设计能力,建模和仿真分析,Safety技术、Motion、总线技术、传感器技术,风电场SCADA系统,作为全球自动化技术领导者的B&R,提供了风力发电机组控制系统设计所需的这一切软硬件平台。

风电机组控制全流程平台

  (1)整机控制
  风力发电机组的控制分为三个单元,在塔基的主控单元,机舱里的逻辑控制单元以及安装在HUB里的变桨伺服系统,分别

介绍如下:
  ■ C算法设计的PCC:不仅仅是满足实时性的要求

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,PCC内嵌入了Automation Runtime的实时操作系统

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,它是一个多任务的定性系统设计,满足了风力发电对于控制的实时性平台要求,并且,C高级语言的支持使得它具备了应对风力发电所需的复杂算法设计能力控制工程网版权所有,算法设计的复杂性由传统的强于Logic的PLC来实现不可想象。
  ■ Safety技术:风力发电机组在恶劣环境(如风速超速)、紧急停车等状态下需要启动Safety运行来对保护机组、叶片等机械件的安全。满足SIL 3的Safety技术在这里并非仅仅指的是Safety Logic,Safety Motion和PowerlinkSafety也提供了针对运动控制和通信总线的安全设计,使得Iogic、Motion和总线进行整体的安全集成,这是一个目前为止最为完整和彻底的整机安全方案。
  ■ 支持滑环的POWERLINK:由于变桨伺服系统的安装是位于HUB里的,那么必然造成电缆的扭曲和绞绕,那么高速的总线也可以被滑环进行数据的可靠传输,POWERLINK提供了高速的伺服之间的同步叶片调整,和在升速、降速和运行中的桨距稳定调整,它能够实现高速的运动任务。
  ■ 移动式面板:移动式面板使得这个机器也可以只需要一个面板控制工程网版权所有,安装在机器各个点上的信号接入使得移动式面板可以被用来进行不同单元程序和参数的调整,它不仅仅是为了美观,而是一个移动式的显示终端,用于节省成本,使得多个HMI被一个代替。

  (2)变桨控制系统
  为了获得“最大叶尖速比”充分使用风能资源,另一方面在安全逻辑的要求下,伺服系统也需要将叶片调整到最小迎风面来获得一个对机组的安全保障。
  ■ 灵活的实现:CA N o p e n及Prof ibus DP(Slave)的支持能力使得变桨系统可以连接到第三方主控,也可以在B&R的主控中直接控制,这提供了一个灵活的方案来满足客户不同的需求。
  ■ S P T 使得变桨并不需要专用的运动控制处理器来实现,ACOPOSmu l t i驱动技术提供了一个非常有竞争力的设计,S m a r tProcess Technology使得这个变桨系统无需PLC即可独立运行,每个ACOPOSmulti单元都设计成一个独立控制单元一样,通过总线的连接其多个单元之间可以实现同步,而SPT则可以处理运动过程的任务,实现光滑而可靠的速度曲线来对系统进行调整。
  ■ 直流供电及低温电池:ACOPOSmulti伺服驱动系统是一个基于共直流母线技术(Common DCBus Technology)设计的驱动系统,它的直流母线可以由外部的直流电源来供电运行,这使得在外部无电力的情况下或者机组切出情况下恢复机组叶片的位置成为可能, 为了满足风力发电对于苛刻的环境需求控制工程网版权所有,B&R为其设计了Supply Box安装于每个ACOPOSmulti的驱动单元,这项技术极富竞争力,即使在极其寒冷的区域,ACOPOSmulti也能提供有效的直流供电来完成其设计任务。

变桨控制系统

  (3)革命性的软件设计平台-嵌入SIMULINK工具包
  风力发电系统的设计是一种基于建模(Modeling Based)的控制器设计技术,Mathworks的Matlab/Simulink提供了这一设计需求的模型设计和仿真分析的平台控制工程网版权所有,B&R在2008年与Mathworks建立了战略合作,在B&RAutomation Stduio一体化开发平台上集成了Matlab Simulink的工具包,Stateflow和Stateflow coder是一个

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