國(guó)產(chǎn)化改造GE1.5MW雙饋機(jī)組控制系統(tǒng)的應(yīng)用研究

歐亮亮

摘 要：通過(guò)對(duì)國(guó)產(chǎn)化的GE1.5MW雙饋機(jī)組故障及設(shè)備配置進(jìn)行分析研究，使國(guó)內(nèi)企業(yè)使用先進(jìn)的技術(shù)及設(shè)備對(duì)GE風(fēng)機(jī)運(yùn)營(yíng)起到維護(hù)作用，降低GE風(fēng)機(jī)的維護(hù)成本，以此來(lái)促進(jìn)國(guó)內(nèi)風(fēng)電行業(yè)的發(fā)展，并提高GE風(fēng)機(jī)的使用率。

關(guān)鍵詞：風(fēng)力發(fā)電 雙饋機(jī)組 控制系統(tǒng)國(guó)產(chǎn)化改造

中圖分類號(hào)：TM615 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1674-098X（2017）06（c）-0063-02

將進(jìn)口設(shè)備的某些部件或者是控制系統(tǒng)改造成國(guó)內(nèi)的部件，來(lái)降低設(shè)備的維護(hù)成本，促進(jìn)國(guó)內(nèi)設(shè)備的發(fā)展，并支持國(guó)內(nèi)企業(yè)的發(fā)展，來(lái)提高企業(yè)的效益。國(guó)內(nèi)GE1.5MW雙饋機(jī)組零件采購(gòu)困難，導(dǎo)致維修的成本較高，并且機(jī)組的老化，導(dǎo)致維修的次數(shù)增多，所以GE1.5MW的國(guó)產(chǎn)化改造具有很重要的意義。不僅能夠打破國(guó)外GE零件技術(shù)的壟斷，還可以將我國(guó)企業(yè)技術(shù)能力提高。

1 GE雙饋風(fēng)力發(fā)電機(jī)組

從相關(guān)的GE風(fēng)機(jī)故障可知，出現(xiàn)故障的地方主要是控制系統(tǒng)和變槳系統(tǒng)，當(dāng)然還有變頻器，風(fēng)機(jī)維修人員在日常工作中大部分時(shí)間是在處理風(fēng)機(jī)報(bào)出的電氣問(wèn)題。針對(duì)這種情況如果將國(guó)產(chǎn)化改造的系統(tǒng)控制和變槳電氣系統(tǒng)還有變頻器來(lái)替換GE風(fēng)機(jī)中容易出現(xiàn)故障的電氣系統(tǒng)，來(lái)減少故障的出現(xiàn)。

2 GE風(fēng)機(jī)中主控系統(tǒng)

GE風(fēng)機(jī)中的主控系統(tǒng)有塔基控制柜、機(jī)艙控制柜、傳感器、電纜，其中塔基控制柜將巴赫曼PLC作為風(fēng)機(jī)控制器來(lái)安裝在其中，并且還安裝了一臺(tái)用于顯示各種風(fēng)機(jī)信息的電腦，如各種參數(shù)、運(yùn)動(dòng)狀態(tài)、故障信息等，同時(shí)塔基控制柜還安裝了電網(wǎng)測(cè)量板，對(duì)電流、功率等進(jìn)行測(cè)量。機(jī)艙控制柜中有PLC點(diǎn)數(shù)字量、模擬輸入輸出模塊和電機(jī)的接觸器。由于GE風(fēng)機(jī)沒(méi)有存在獨(dú)立的安全控制系統(tǒng)，所以在運(yùn)行的過(guò)程中存在一定的風(fēng)險(xiǎn)，所以應(yīng)建立一個(gè)獨(dú)立健全的安全防護(hù)系統(tǒng)，可將PLC控制系統(tǒng)進(jìn)行國(guó)產(chǎn)化改造。通過(guò)對(duì)GE的運(yùn)行情況、故障情況等進(jìn)行研究，對(duì)國(guó)外的控制系統(tǒng)引進(jìn)并進(jìn)行改造，根據(jù)國(guó)內(nèi)的風(fēng)電產(chǎn)業(yè)的實(shí)際情況，來(lái)提供完善的國(guó)產(chǎn)化改造，來(lái)確保風(fēng)電機(jī)組的正常運(yùn)行。

3 GE中的變槳系統(tǒng)

GE風(fēng)機(jī)使用的變槳系統(tǒng)是SSB變槳系統(tǒng)，但目前SSB已停產(chǎn)，導(dǎo)致備件需求出現(xiàn)問(wèn)題。變槳結(jié)構(gòu)系統(tǒng)中存在中央控制柜、軸柜、電池柜和變槳機(jī)，而電池柜中又安裝鉛酸電池，作用是在變槳系統(tǒng)發(fā)生故障或者是電網(wǎng)掉電的情況下能夠給變槳機(jī)提供電源，來(lái)完成緊急的順槳，協(xié)助風(fēng)機(jī)能夠安全停機(jī)。這樣可將國(guó)內(nèi)的一套變槳系統(tǒng)與GE風(fēng)機(jī)變槳系統(tǒng)完全相同時(shí)，來(lái)進(jìn)行風(fēng)機(jī)的使用，以此來(lái)進(jìn)行變槳系統(tǒng)的國(guó)產(chǎn)化改造，提高國(guó)人創(chuàng)新技術(shù)的能力。

4 GE中的變頻器

變頻器將勵(lì)磁電流進(jìn)行調(diào)節(jié)，讓發(fā)電機(jī)的定子電壓能夠達(dá)到并網(wǎng)的條件，以此來(lái)實(shí)行發(fā)電機(jī)并網(wǎng)的情況。雙饋機(jī)組中的變頻器目前國(guó)內(nèi)已經(jīng)能夠生產(chǎn)出來(lái)，所以國(guó)內(nèi)產(chǎn)品來(lái)替代GE中風(fēng)機(jī)的變頻器，是可以實(shí)行的。

5 國(guó)產(chǎn)化改造變槳系統(tǒng)

風(fēng)機(jī)中的變槳系統(tǒng)有兩個(gè)作用，一個(gè)是對(duì)葉片的角度進(jìn)行調(diào)節(jié)，并對(duì)風(fēng)機(jī)的轉(zhuǎn)速進(jìn)行控制，在大風(fēng)的時(shí)候能夠讓風(fēng)機(jī)的轉(zhuǎn)速保持著恒定的狀態(tài)，以此來(lái)減少對(duì)風(fēng)能的減少，另一個(gè)是當(dāng)作風(fēng)機(jī)主剎車的系統(tǒng)，通過(guò)對(duì)葉片的緊急順槳來(lái)讓風(fēng)機(jī)能夠快速地停止工作。在GE風(fēng)機(jī)中安裝的SSB變槳需要通過(guò)變槳控制器以及PLC通訊，以此來(lái)傳遞變槳系統(tǒng)中的各種數(shù)據(jù)，接收了并將命令執(zhí)行于PLC。國(guó)產(chǎn)改造中的SM系統(tǒng)即永磁同步電動(dòng)機(jī)提供了最輕便體積小巧，性能最佳的特性，并且其他的在動(dòng)態(tài)上也沒(méi)有辦法超過(guò)這個(gè)系統(tǒng)，還有ASM系統(tǒng)也就是交流異步電動(dòng)機(jī)也是提供了類似的解決方案，可與電源直接連接，實(shí)現(xiàn)額外保護(hù)的作用，同時(shí)具有免去維修和堅(jiān)固耐用的功能，串勵(lì)異步電動(dòng)機(jī)即DC系統(tǒng)能夠最大限度地提供額外的安全性，雖然可以用電池電壓來(lái)直接地運(yùn)行電動(dòng)機(jī)，但是還是需要最大限度的額外電路系統(tǒng)，讓高直流的電壓通過(guò)接觸器來(lái)接通。

6 國(guó)產(chǎn)化改造變頻器

雙饋發(fā)電系統(tǒng)中的發(fā)電系統(tǒng)是變速恒頻風(fēng)力，在電網(wǎng)運(yùn)行前將發(fā)電機(jī)投入其中，為了避免出現(xiàn)電沖擊以及機(jī)械沖擊的情況，應(yīng)將發(fā)電機(jī)端和電網(wǎng)端的各相電動(dòng)勢(shì)的瞬時(shí)值達(dá)成一致。雙饋發(fā)電機(jī)在運(yùn)行的時(shí)候，突然出現(xiàn)電網(wǎng)電壓降低的情況，使發(fā)電機(jī)的電子出現(xiàn)電流激增的情況。在電網(wǎng)故障或者電網(wǎng)電壓跌落的工況下，主功率旁路迅速關(guān)斷，由支持回路在電網(wǎng)端口輸出無(wú)功率用以支撐電網(wǎng)電壓[1]。而ABB變頻器有網(wǎng)側(cè)變流器控制單元（RDCU）和機(jī)側(cè)變流器控制單元（NDCU），禾望變頻器在運(yùn)行過(guò)程中，將輸入的三相交流電整流通過(guò)網(wǎng)側(cè)模塊的作用為變流器的直流母線所需要的直流電。GE風(fēng)機(jī)中的原變頻器ABB在安裝使用中，斷路器需要在一定次數(shù)后進(jìn)行嚴(yán)格的檢查維修，而禾望變頻器在維護(hù)工作上的次數(shù)較少，所以在一定的程度上禾望變頻器占有一定的優(yōu)勢(shì)。

7 國(guó)產(chǎn)化改造主控系統(tǒng)

為了節(jié)約成本，PLC硬件的模塊不改變，將主控系統(tǒng)進(jìn)行國(guó)產(chǎn)化改造。由于對(duì)變槳系統(tǒng)和變頻器進(jìn)行更換，所以需要對(duì)主控和變槳系統(tǒng)以及主控和變頻器建立通訊協(xié)議，建立后對(duì)風(fēng)機(jī)進(jìn)行程序開(kāi)發(fā)來(lái)完善國(guó)產(chǎn)化改造。通過(guò)在硬件及軟件上進(jìn)行通訊協(xié)議的建立，并將變槳系統(tǒng)及禾望變頻器通訊協(xié)議中所定義的變量添加到系統(tǒng)配置的控制中，以此來(lái)完成風(fēng)機(jī)的組態(tài)。將PLC中的一系列程序模塊來(lái)進(jìn)行開(kāi)發(fā)，對(duì)模塊進(jìn)行設(shè)計(jì)檢測(cè)，檢測(cè)后試運(yùn)行。

8 國(guó)產(chǎn)化改造GE的可使用性

對(duì)GE風(fēng)機(jī)中的部分零件進(jìn)行國(guó)產(chǎn)化的改造。如對(duì)單臺(tái)GE風(fēng)機(jī)改造后，可大大提高機(jī)組的發(fā)電量和運(yùn)行可靠性，在3年左右可收回投資成本，如果批量對(duì)運(yùn)行不穩(wěn)定成本高的進(jìn)口機(jī)組進(jìn)行改造[2]，并且將企業(yè)購(gòu)買(mǎi)國(guó)外設(shè)備所使用的資金有所降低，對(duì)設(shè)備在運(yùn)行中的檢測(cè)維護(hù)以及設(shè)備相關(guān)技術(shù)進(jìn)行了解，增強(qiáng)國(guó)內(nèi)相關(guān)人員對(duì)技術(shù)的了解掌握。而對(duì)于國(guó)內(nèi)發(fā)電企業(yè)來(lái)說(shuō)，在進(jìn)行國(guó)外產(chǎn)品設(shè)備零件國(guó)產(chǎn)化改造后，不管是對(duì)于設(shè)備零件還是在其他方面都是很合算的，不僅可以將風(fēng)機(jī)中舊的零件及時(shí)更新替換，同時(shí)也能夠?yàn)榕f風(fēng)機(jī)中缺乏的零件找到一個(gè)良好的解決方法，大大降低了設(shè)備的維修購(gòu)買(mǎi)成本，將設(shè)備的使用率提高。

通過(guò)對(duì)GE1.5MW雙饋機(jī)組中的主控系統(tǒng)、變槳系統(tǒng)和變頻器進(jìn)行分析研究，并進(jìn)行國(guó)產(chǎn)化改造，國(guó)產(chǎn)化改造后用國(guó)內(nèi)公司的零部件以及國(guó)內(nèi)的技術(shù)來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)GE風(fēng)機(jī)的維護(hù)，打破國(guó)外技術(shù)以及產(chǎn)品壟斷中國(guó)市場(chǎng)風(fēng)電運(yùn)維狀態(tài)，同時(shí)將風(fēng)電運(yùn)維的成本降到最低，來(lái)促進(jìn)國(guó)內(nèi)風(fēng)電行業(yè)的可持續(xù)發(fā)展，并且提高風(fēng)電的可利用率。

參考文獻(xiàn)

[1] 陳林，王江城.一種簡(jiǎn)單的雙饋風(fēng)電機(jī)組的低壓穿越改造裝置研究[A].中國(guó)農(nóng)機(jī)工藝協(xié)會(huì)風(fēng)能設(shè)備分會(huì).技術(shù)交流.上海：風(fēng)能產(chǎn)業(yè)[C].2015：50-54.

[2] 胡永強(qiáng).GE1.5MW雙饋機(jī)組控制系統(tǒng)國(guó)產(chǎn)化改造的應(yīng)用研究[D].華北電力大學(xué)，2015.endprint