國產化改造GE1.5MW雙饋機組控制系統的應用研究

歐亮亮

摘 要：通過對國產化的GE1.5MW雙饋機組故障及設備配置進行分析研究，使國內企業使用先進的技術及設備對GE風機運營起到維護作用，降低GE風機的維護成本，以此來促進國內風電行業的發展，并提高GE風機的使用率。

關鍵詞：風力發電 雙饋機組 控制系統國產化改造

中圖分類號：TM615 文獻標識碼：A 文章編號：1674-098X（2017）06（c）-0063-02

將進口設備的某些部件或者是控制系統改造成國內的部件，來降低設備的維護成本，促進國內設備的發展，并支持國內企業的發展，來提高企業的效益。國內GE1.5MW雙饋機組零件采購困難，導致維修的成本較高，并且機組的老化，導致維修的次數增多，所以GE1.5MW的國產化改造具有很重要的意義。不僅能夠打破國外GE零件技術的壟斷，還可以將我國企業技術能力提高。

1 GE雙饋風力發電機組

從相關的GE風機故障可知，出現故障的地方主要是控制系統和變槳系統，當然還有變頻器，風機維修人員在日常工作中大部分時間是在處理風機報出的電氣問題。針對這種情況如果將國產化改造的系統控制和變槳電氣系統還有變頻器來替換GE風機中容易出現故障的電氣系統，來減少故障的出現。

2 GE風機中主控系統

GE風機中的主控系統有塔基控制柜、機艙控制柜、傳感器、電纜，其中塔基控制柜將巴赫曼PLC作為風機控制器來安裝在其中，并且還安裝了一臺用于顯示各種風機信息的電腦，如各種參數、運動狀態、故障信息等，同時塔基控制柜還安裝了電網測量板，對電流、功率等進行測量。機艙控制柜中有PLC點數字量、模擬輸入輸出模塊和電機的接觸器。由于GE風機沒有存在獨立的安全控制系統，所以在運行的過程中存在一定的風險，所以應建立一個獨立健全的安全防護系統，可將PLC控制系統進行國產化改造。通過對GE的運行情況、故障情況等進行研究，對國外的控制系統引進并進行改造，根據國內的風電產業的實際情況，來提供完善的國產化改造，來確保風電機組的正常運行。

3 GE中的變槳系統

GE風機使用的變槳系統是SSB變槳系統，但目前SSB已停產，導致備件需求出現問題。變槳結構系統中存在中央控制柜、軸柜、電池柜和變槳機，而電池柜中又安裝鉛酸電池，作用是在變槳系統發生故障或者是電網掉電的情況下能夠給變槳機提供電源，來完成緊急的順槳，協助風機能夠安全停機。這樣可將國內的一套變槳系統與GE風機變槳系統完全相同時，來進行風機的使用，以此來進行變槳系統的國產化改造，提高國人創新技術的能力。

4 GE中的變頻器

變頻器將勵磁電流進行調節，讓發電機的定子電壓能夠達到并網的條件，以此來實行發電機并網的情況。雙饋機組中的變頻器目前國內已經能夠生產出來，所以國內產品來替代GE中風機的變頻器，是可以實行的。

5 國產化改造變槳系統

風機中的變槳系統有兩個作用，一個是對葉片的角度進行調節，并對風機的轉速進行控制，在大風的時候能夠讓風機的轉速保持著恒定的狀態，以此來減少對風能的減少，另一個是當作風機主剎車的系統，通過對葉片的緊急順槳來讓風機能夠快速地停止工作。在GE風機中安裝的SSB變槳需要通過變槳控制器以及PLC通訊，以此來傳遞變槳系統中的各種數據，接收了并將命令執行于PLC。國產改造中的SM系統即永磁同步電動機提供了最輕便體積小巧，性能最佳的特性，并且其他的在動態上也沒有辦法超過這個系統，還有ASM系統也就是交流異步電動機也是提供了類似的解決方案，可與電源直接連接，實現額外保護的作用，同時具有免去維修和堅固耐用的功能，串勵異步電動機即DC系統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直接地運行電動機，但是還是需要最大限度的額外電路系統，讓高直流的電壓通過接觸器來接通。

6 國產化改造變頻器

雙饋發電系統中的發電系統是變速恒頻風力，在電網運行前將發電機投入其中，為了避免出現電沖擊以及機械沖擊的情況，應將發電機端和電網端的各相電動勢的瞬時值達成一致。雙饋發電機在運行的時候，突然出現電網電壓降低的情況，使發電機的電子出現電流激增的情況。在電網故障或者電網電壓跌落的工況下，主功率旁路迅速關斷，由支持回路在電網端口輸出無功率用以支撐電網電壓[1]。而ABB變頻器有網側變流器控制單元（RDCU）和機側變流器控制單元（NDCU），禾望變頻器在運行過程中，將輸入的三相交流電整流通過網側模塊的作用為變流器的直流母線所需要的直流電。GE風機中的原變頻器ABB在安裝使用中，斷路器需要在一定次數后進行嚴格的檢查維修，而禾望變頻器在維護工作上的次數較少，所以在一定的程度上禾望變頻器占有一定的優勢。

7 國產化改造主控系統

為了節約成本，PLC硬件的模塊不改變，將主控系統進行國產化改造。由于對變槳系統和變頻器進行更換，所以需要對主控和變槳系統以及主控和變頻器建立通訊協議，建立后對風機進行程序開發來完善國產化改造。通過在硬件及軟件上進行通訊協議的建立，并將變槳系統及禾望變頻器通訊協議中所定義的變量添加到系統配置的控制中，以此來完成風機的組態。將PLC中的一系列程序模塊來進行開發，對模塊進行設計檢測，檢測后試運行。

8 國產化改造GE的可使用性

對GE風機中的部分零件進行國產化的改造。如對單臺GE風機改造后，可大大提高機組的發電量和運行可靠性，在3年左右可收回投資成本，如果批量對運行不穩定成本高的進口機組進行改造[2]，并且將企業購買國外設備所使用的資金有所降低，對設備在運行中的檢測維護以及設備相關技術進行了解，增強國內相關人員對技術的了解掌握。而對于國內發電企業來說，在進行國外產品設備零件國產化改造后，不管是對于設備零件還是在其他方面都是很合算的，不僅可以將風機中舊的零件及時更新替換，同時也能夠為舊風機中缺乏的零件找到一個良好的解決方法，大大降低了設備的維修購買成本，將設備的使用率提高。

通過對GE1.5MW雙饋機組中的主控系統、變槳系統和變頻器進行分析研究，并進行國產化改造，國產化改造后用國內公司的零部件以及國內的技術來實現對GE風機的維護，打破國外技術以及產品壟斷中國市場風電運維狀態，同時將風電運維的成本降到最低，來促進國內風電行業的可持續發展，并且提高風電的可利用率。

參考文獻

[1] 陳林，王江城.一種簡單的雙饋風電機組的低壓穿越改造裝置研究[A].中國農機工藝協會風能設備分會.技術交流.上海：風能產業[C].2015：50-54.

[2] 胡永強.GE1.5MW雙饋機組控制系統國產化改造的應用研究[D].華北電力大學，2015.endprint