王軍剛

[摘 ? ?要]風(fēng)力發(fā)電機(jī)組機(jī)艙和輪轂之間一般采用變槳滑環(huán)來(lái)實(shí)現(xiàn)兩者之間的電氣連接。針對(duì)已并網(wǎng)風(fēng)力發(fā)電機(jī)組，由于運(yùn)行需要，如果需增加相應(yīng)的通道，傳統(tǒng)的方案可能受限，針對(duì)這種情況，提出了一種行之有效的解決方案。

[關(guān)鍵詞]風(fēng)力發(fā)電機(jī)組;輪轂;變槳滑環(huán);無(wú)線通信

[中圖分類(lèi)號(hào)]TM614 [文獻(xiàn)標(biāo)志碼]A [文章編號(hào)]2095–6487（2022）05–00–03

Wind Turbine Hub Wireless Communication Solution

Wang Jun-gang

[Abstract]A pitch slip ring is generally used between the wind turbine nacelle and the hub to realize the electrical connection between the two. For grid-connected wind turbines， due to operational needs， if the corresponding channels need to be added， the traditional solution may be limited. In view of this situation， this paper proposes an effective solution.

[Keywords]wind turbine; hub; pitch slip ring; wireless communication

1 風(fēng)力發(fā)電機(jī)組機(jī)艙柜與變槳柜傳統(tǒng)的電氣連接方式

目前大多數(shù)公司風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的機(jī)艙柜（靜止部分）與變槳柜（安裝在輪轂中，正常工作時(shí)隨同輪轂一起轉(zhuǎn)動(dòng)）之間，均采用單一的變槳滑環(huán)來(lái)進(jìn)行電氣連接。變槳滑環(huán)，是用于將機(jī)艙柜400 V動(dòng)力電源、變槳系統(tǒng)24 V控制信號(hào)和通信控制信號(hào)傳輸給旋轉(zhuǎn)的變槳系統(tǒng)的設(shè)備。變槳滑環(huán)通常安裝在設(shè)備的旋轉(zhuǎn)中心，主要由旋轉(zhuǎn)與靜止兩大部分組成，變槳滑環(huán)之所以能夠?qū)崿F(xiàn)以上功能，是因?yàn)閮?nèi)部有相應(yīng)的滑道。

2 已并網(wǎng)機(jī)組在實(shí)際使用過(guò)程中可能遇到的問(wèn)題

受限于風(fēng)電成本的壓力，風(fēng)電整機(jī)設(shè)備商初裝機(jī)時(shí)不可能為每一臺(tái)機(jī)組的變槳滑環(huán)都預(yù)留相應(yīng)的通道以考慮后期的發(fā)展需要。如果現(xiàn)有的變槳滑環(huán)通道在使用途中又提出新的需求，目前在用的變槳滑環(huán)不滿(mǎn)足使用要求時(shí)，特殊定制的產(chǎn)品價(jià)格高、工期長(zhǎng)，某些使用要求可能只是短期內(nèi)測(cè)試需求，為了相應(yīng)的需求去定制產(chǎn)品不管是在時(shí)間上還是成本上都給企業(yè)帶來(lái)一定的壓力。即使在運(yùn)機(jī)組現(xiàn)有滑環(huán)有相應(yīng)的通道，如沒(méi)有預(yù)留相應(yīng)的接線，則面臨著大量施工的麻煩，接線等工作需要耗費(fèi)一定的工時(shí)。

3 風(fēng)力發(fā)電輪轂無(wú)線通信方案

針對(duì)以上需求，通過(guò)研究輪轂無(wú)線通信做為有線通信的補(bǔ)充通信。輪轂無(wú)線通信方案既可以利用現(xiàn)有的變槳滑環(huán)，不至造成浪費(fèi)，又可以解決實(shí)際應(yīng)用中的需求。和以往的有線系統(tǒng)不同，此無(wú)線系統(tǒng)省去了大量施工的麻煩，利用最短的周期搭建起無(wú)線通信系統(tǒng)，在保證用戶(hù)投資的情況下給用戶(hù)帶來(lái)了實(shí)實(shí)在在的好處。輪轂無(wú)線通信測(cè)試平臺(tái)示意如圖1所示。

試驗(yàn)方案如下：

（1）利用搭建的測(cè)試平臺(tái)，在機(jī)艙柜與變槳柜主從PLC之間直接使用有線通信，測(cè)試兩者的發(fā)送和接收是否正常，以驗(yàn)證主從PLC以及相關(guān)的器件工作是否正常。該方案用BACHMANN模塊MPC240作為主PLC，由于MPC240缺少相應(yīng)的CANOpen接口，所以采用模塊CM202（帶2個(gè)CANOpen接口））作為CANOpen通信的主站模塊建立網(wǎng)絡(luò)，模塊NT255作為電源模塊供電（24 V供電）。倍福CX9000-0001作為從PLC，由于CX9000-0001缺少相應(yīng)的CANOpen接口，所以采用模塊EL6751-0010作為CANOpen通信的從站模塊建立網(wǎng)絡(luò)。測(cè)試軟件主控用BACHMANN的編程軟件進(jìn)行編程，變槳用BECKHOFF的編程軟件進(jìn)行編程，通過(guò)相應(yīng)的心跳位判斷主控系統(tǒng)與變槳系統(tǒng)的通信是否連通，使用相應(yīng)的標(biāo)志位來(lái)判斷是有線還是無(wú)線通信在正常工作，從而判斷無(wú)線通信是否能作為有線通信的補(bǔ)充。

機(jī)艙柜與變槳柜主從PLC之間先直接使用CANOPEN專(zhuān)用通信電纜連接，兩者之間的波特率設(shè)置為500 kbps，測(cè)試兩者的發(fā)送和接收是否正常。兩者正常發(fā)送和接收如圖2所示。圖2是主控和變槳PLC之間有線通信的連接情況，在主控程序中使用CAN1_disc_flag變量來(lái)標(biāo)識(shí)通信連接情況，CAN1_disc_flag=FALSE，代表有線通信沒(méi)有問(wèn)題，為默認(rèn)通信。圖3Variable列表中N51_Angle_setpoint的Value為2 000表示由變槳51號(hào)站點(diǎn)直接來(lái)接收變槳角度，主控實(shí)際給定變槳角度為20°。

（2）在上述試驗(yàn)可行的情況下，斷開(kāi)有線，修改程序，使用無(wú)線通信。無(wú)線通信模塊采用德國(guó)Schildknecht AG公司生產(chǎn)的DATAEAGLE COMPACT 6710 CANOpen無(wú)線通信模塊[1]。DATAEAGLE 6710為CAN總線的透明傳輸所特別研制，利用多種無(wú)線通信技術(shù)使所有帶CAN總線接口的設(shè)備都可以嘗試無(wú)線連接，無(wú)需對(duì)設(shè)備進(jìn)行配置，支持即插即用。典型范圍參數(shù)為：工作范圍取決于所采用的無(wú)線技術(shù)以及環(huán)境條件，其相應(yīng)參數(shù)[2]為，工作電壓為24 V DC，輸出功率為100 mW，天線連接器為SMA連接器，執(zhí)行標(biāo)準(zhǔn)為CE，F(xiàn)CC。無(wú)線技術(shù)：頻率為2.4 GHz藍(lán)牙，最多的無(wú)線從站數(shù)量1個(gè)，支持傳輸距離室內(nèi)典型范圍100m，室外典型范圍300m，無(wú)線連接器為SMA連接器-500 hm。接口：最大的CAN速率為

500 kBit/s;PROFIBUS-DP連接為9pol.SUB-D。

使用CAN連接線把CM202的CAN口2（與主PLC相連）與DATAEAGLE COMPACT 6710 主模塊連接起來(lái)。使用CAN連接線把DATAEAGLE COMPACT 6710從模塊與第2個(gè)EL6751-0010（從站CANOpen接口模塊，帶1個(gè)CANOpen接口）與從PLC相連連接起來(lái)。2個(gè)無(wú)線通信模塊采用24 V DC供電電源給他們供電，該品牌無(wú)線通信模塊的主從模塊之間使用無(wú)線通信。主從PLC之間，2個(gè)無(wú)線通信模塊之間的波特率均設(shè)置為500 kbps，測(cè)試主從PLC之間的發(fā)送和接收是否正常。

主控和變槳PLC之間無(wú)線通信的連接情況，在主控程序中使用CAN1_disc_flag變量來(lái)標(biāo)識(shí)通信連接情況，CAN1_disc_flag=TRUE，代表有線通信斷開(kāi)，N10_Angle_setpoint角度為20°，則代表切換到無(wú)線通信。Variable列表中N10_Angle_setpoint的Value為2 000則代表由無(wú)線通信模塊的10號(hào)站點(diǎn)來(lái)接收變槳角度，主控實(shí)際給定變槳角度為20°。

根據(jù)從站接收?qǐng)?bào)文截圖（圖4）可以看出，從站接收到主站發(fā)送的數(shù)據(jù)，說(shuō)明主站從站通信正常。

（3）在有線通信和無(wú)線通信單獨(dú)測(cè)試都無(wú)問(wèn)題的情況下，變更主控程序，在2種通信均連接的情況下，測(cè)試有線通信，無(wú)線通信同時(shí)工作時(shí)是否能正常工作，從而驗(yàn)證無(wú)線通信可做為有線通信的補(bǔ)充來(lái)使用。有線、無(wú)線均正常工作見(jiàn)圖5。

圖5 有線，無(wú)線通信正常工作

該方案由于CM2020有2個(gè)CANOpen接口，一個(gè)通過(guò)CANOpen專(zhuān)用電纜接到跟從站PLC相連的EL6751-0010上，另一個(gè)通過(guò)CANOpen專(zhuān)用電纜接到該品牌的無(wú)線通信模塊主模塊上，DATAEAGLE COMPACT 6710 CANOpen的無(wú)線通信模塊從模塊通過(guò)CANOpen專(zhuān)用電纜接到跟從站PLC相連的另一個(gè)EL6751-0010上，DATAEAGLE COMPACT 6710 無(wú)線通信模塊的主從模塊之間使用無(wú)線通信。

4 結(jié)束語(yǔ)

采用風(fēng)力發(fā)電輪轂無(wú)線通信方案，可方便地獲得風(fēng)力發(fā)電機(jī)組輪轂內(nèi)的所需數(shù)據(jù)。通過(guò)探討無(wú)線通信方案的應(yīng)用的可行性，為以后在機(jī)組上應(yīng)用打下一定的基礎(chǔ)。

無(wú)線通信方案可節(jié)省冗長(zhǎng)的新產(chǎn)品開(kāi)發(fā)周期，該方案不僅能為企業(yè)節(jié)約成本，還能為企業(yè)創(chuàng)造價(jià)值。

參考文獻(xiàn)

[1] 李煒明.無(wú)線通信技術(shù)在風(fēng)電機(jī)組中的應(yīng)用綜述[J].中國(guó)新通信，2018（16）：43.

[2] 孔維兵，張涵，周繼威.風(fēng)電場(chǎng)風(fēng)電機(jī)組無(wú)線網(wǎng)絡(luò)技術(shù)研究與應(yīng)用[J].風(fēng)力發(fā)電，2021（1）：22-25.