干货 | 主控系统在风电运维中的重要作用

再进一步分析，从振动输入信号受干扰可知：该振动信号是数字信号，进入主控的振动输入端口之前，是采用双绞线传输，虽然输入信号线外有屏蔽层，并做了良好接地，但是，风电场的电力环境恶劣，会由于各种原因受到其他电信号或电磁信号的干扰。而主控与变桨控制器之间通信，也是采用双绞线传输的数字信号，可能在线路上或滑环旋转处受到外界的干扰，依据处理振动误报的经验，为避免“变桨通信故障”误报，也采取了相同的措施，结果收效明显。“变桨通信故障”的误报问题如不能及时处理，则可能因故障分析和判断错误，造成变桨通讯滑环的大量更换等，从而增加了机组的维修成本和备件用量。因此，从现场运维和主控报故障准确的角度来看，硬件落后的不是WP3100控制器，而是看似“先进”的PLC主控系统，正是通过两种主控的风电场机组实际运行和硬件之间的对比，才迅速找到了PLC主控误报故障的真实来源，以及PLC主控系统在硬件设计上的缺陷。而其他因主控问题而造成的误报停机故障就很难查明了，需要在现场机组运行、维修和维护的具体实践中不断改进和完善主控系统。

大型风电机组一般有大功率变频器，会产生大量的高次谐波，风电场机组的工作环境比一般的市电工作环境恶劣，需要主控硬件具有很高的抗干扰能力。这些采用通用PLC控制器硬件生产的主控，在设计时如果没有专门对风电场的恶劣环境条件予以充分地考虑和现场实践，当运用于风电场机组主控系统进行故障信息处理时，出现偏差和误报故障就难以避免。

主控软件对停机故障设定的控制逻辑关系到机组报故障准确。机组控制参数设置不合理，同样会影响到报故障准确的问题。例如：机组的超速参数设置缺乏系统分析和现场实践，没有理顺参数之间的关系，会导致设置值不合理，增加停机次数，误报故障 [5]。

主控系统报故障准确是主控的基本功能，并对现场运维起着极其重要的作用。在判断主控优劣时，应抓住软件的完善成度和硬件的抗干扰能力等，把主控报故障准确，满足现场机组维修和维护要求，现场使用方便放在首位[6]。在这些基本功能得到充分实现的前提下，再进一步通过主控系统实现机组的“人工智能”和“超感知”能力等，否则，将得不偿失。

1.2主控数据采集与储存对运维的作用

WP3100主控具有合理的数据采集与储存功能，是后台软件和故障信息查询的根本来源。机组维修维护时可根据现场运维需要，可通过后台SCADA软件或运用主控调试软件，随时提取主控数据。例如：在机组定期维护检查发电效率是否变化时，可运用主控调试维修软件很方便地在机舱上从主控读取数据，形成功率曲线，再与这台机组上一年的历史功率曲线数据进行比较，以检查机组的叶片对零、风向标、风速仪及功率曲线控制参数是否存在问题。这极大地方便了现场的故障诊断与故障检查。

主控的信息采集与储存同机组维修密切相连。例如：机组的某个温度传感器出现了瞬间跳变，主控会报“温度传感器故障”停机，因在主控中详细记载了每一个温度传感器近期12个月、一个月、一天之内及20年的最高值、最低值和平均值，并且把近期毫秒级的故障变动都会捕捉到主控之中。分析、检查故障时通过人机界面、后台SCADA或主控调试软件，检查到某个温度传感器的故障跳变及数值，以便迅速锁定“温度传感器故障”的故障来源。再如：在登机进行定检维护时，依据主轴刹车器的维护记录，如发现某机组主轴刹车片磨损太快，在主控中可迅速查明近期的刹车器动作次数，及机组近期的所有故障信息，便于分析和查明磨损太快的原因，还可能发现先前没有发现的问题，或机组的潜在故障等。

WP3100的主控硬件和基础软件均是为风电机组专门开发，能完全依据现场机组的日常维修和定期维护需要进行信息采集和存储，因此，尽管主控存储量极为有限，但对机组维修、维护有用的重要信息均能在主控中通过人机界面查找，或采用主控调试软件读取。

如果以不适当的方式在主控存储，在检查故障时，就很难知道机组故障时具体状况，给机组维修带来困难。如仅在SCADA后台软件中采集和存储这些信息，在机舱上进行机组维修和维护时，就不能便捷的查到机组信息，无疑给机组维修和维护带来了困难。还可能因数据包的丢失，或通讯中断，而丢失掉众多的“瞬间”信息，这无形增加了故障分析的难度。

WP3100的机组重要数据均存储在每一台机组的主控之中，这为现场运维提供了方便；该主控还通过多种措施保证机组所有运行数据的准确性和连续性，为及时、准确地了解任何一台机组的长期运行状况提供了依据。在现场调试完成以后，机组进入并网运行时，可通过高级权限给所有主控数据复位、置零。为保证每台机组运行数据的连续性，在主控出现故障需要更换时，则用主控调试软件下载主控参数和数据。在更换主控或主控底层软件后，再把这台机组先前的主控参数和数据上传。这样保证了主控系统和主控底层软件的更换，不会成机组数据的丢失。另一方面，主控数据可通过环网实时地传给后台Gateway软件，也可以在需要的时候再通过Gateway软件从主控读取数据。把机组数据存储在每一台机组的主控系统之中，保证了每一台机组参数设置的个性和运行数据的连续性。为保证重要的基础数据在主控中储存20年不会丢失分散了风险，为分析和总计机组的长期运行状况提供了技术支持。例如：20年的机组故障、利用率、功率曲线和发电量等基础数据，都应采用适当的方式存储在主控中，便于查询和机组故障的分析等，主控数据是根据现场维修与维护的经验和需要进行采集和存储的，极大地方便了机组运维。这为机组维护和维修提供了信息保证，与分布式风电机组的信息存储与故障查询相适应。

某些利用通用PLC硬件生产的国产主控系统，在数据采集与存储上存在先天不足。大量的基础信息只能在后台SCADA软件中存储。这就是说，每台机组详细的功率曲线、利用率和发电量信息等均只能通过后台SCADA软件进行采集和存储。而在信号传输过程中存在数据包丢失问题，还可能出现机组与后台之间通讯中断的情况，这种致命的缺陷使数据的完整性与连续性大打折扣，因此，时常会出现整个风电场给电网的上网发电量比后台软件统计的发电量还要高的情况，也难以保证机组利用率的真实性和功率曲线的完整性。

1.3利用主控实现远程故障诊断与机组容错运行

通过主控系统的多级权限管理，在风电场的集中监控室，或远程控制中心对机组进行远程操控，以适当的方式实现远程故障诊断和远程技术指导；实现“集中监控，区域维修”指挥现场；以容错运行的方式实现机组远程故障处理。这些功能和目标的实现均依赖于主控程序和后台软件，而主控系统又在其中起着关键性的作用。

首先，在控制中心通过SCADA后台软件对机组主控系统的远程操控，实现变桨系统、变频器和发电机等重要部件的远程故障诊断与技术指导。

WP3100主控具有可通过Gateway后台软件进行远程操控，并可设置为不同状态的硬件端口，以及大量与机组故障诊断有关的可修改参数，极大地方便了远程及现场的故障诊断。例如，判断机组的“异常振动”是否与并网后有关。故障检查时，需要暂时甩开变频器，让机组在不同转速下空转运行。对于WP3100主控，只需修改相关参数，改变相应的主控硬件端口状态，屏蔽相关状态码，就能实现不同转速下的机组空转运行，很容易判断出机组振动是否与并网加载有关，给远程故障检查和判断带来了方便。

在风电场的集控室，或远程控制中心，还可以修改主控参数与操作变频器的调试软件相结合，实现对双馈机组变频器的疑难故障诊断；进行远程技术指导，协助现场人员判断变频器故障和发电机故障等。

其次，在满足机组及部件安全的条件下，通过主控参数修改、故障屏蔽和容错技术等手段实现机组的容错运行[7]。

实现远程指挥现场、技术指导、故障诊断与容错运行的必要条件：

第一，对主控系统、后台SCADA软件和变频器的特殊要求。

如通过远程VPN登陆，或手机APP上网，为保证符合相关规定及机组安全。主控软件应具有完善的登陆权限设置，能实现多级权限管理；能通过远程操控主控输入输出端口的状态，修改参数和屏蔽故障等；在SCADA后台软件上，设计由便于指挥现场的操作界面；独立于风电场SCADA环网通讯之外，变频器能单独通过环网通信接到集控室，或远程控制中心，能通过变频器调试软件实现对变频器远程操控，查看故障、励磁和并网等。

第二，在产品设计上，采用冗余设计，有充分的余量。

在设计时，机组应有多重保护和冗余的硬件设置。如：每台机组安装两个风速仪、两个风向标，每支叶片均有两个检测叶片角度的编码器等。当两传感器中的一个出现故障后，便于采用修改参数容错，使机组恢复运行。

第三，采用软件和硬件容错技术进行产品设计[7]，机组故障停机后，利用容错技术恢复机组运行。

为加强现场管理，弥补现场技术力量薄弱的不足。在完善权限管理及安全管理的基础上，通过互联网或手机APP实现机组的远程故障诊断与容错运行，对偏远陆地，尤其是海上机组具有重要的意义。