基于倍福工业PC和EtherCAT控制技术的双馈风力发电机组主控制系统原理.pdfVIP

基于倍福工业PC和EtherCAT控制技术

的双馈风力发电机组主控制系统原理及

检修分析

摘要：风力发电机组主控制系统的检修工作是风机运行检修工作的重要组成

部分，为保证风机安全、稳定、高效的运行，需要不断加强风力发电机组主控制

系统的理论水平和检修能力。本文以风力发电机组主流的倍福（Beckhoff）基于

工业PC和EtherCAT的控制技术为切入点，通过对风力发电机组主控制系统的

软件（TwinCAT及主控程序）和硬件（MasterPLC、I/O模块、SlavePLC、

EtherCAT通信系统、安全链系统等）组成、系统工作原理进行较为深入的分析，

同时对风机待机、运行、停机、维护四种状态进行控制策略分析，进而对主控制

系统的运行逻辑及原理进行分析，最终归纳总结了主控制系统故障检修分析主要

集中在PLC系统、I/O模块、通信回路、各分系统的控制回路等部分，并从检修

工作实践中提出了具有针对性的检修策略，对提高检修人员的风机调试检修实际

工作中的能力和效率，有着非常深入、实际的帮助和指导。

关键词：风力发电机组；主控制系统；工作原理及运行分析；机组检修分析

前言：在国家“30·60”双碳战略目标的时代大背景下，风力发电作为一项

重要的新能源技术，每年新增装机量持续大幅提升。风力发电机组主控制系统的

检修工作就成为风电设备运行维护检修工作的重要组成部分。但是在实际的检修

和维护过程中，很多风机检修人员对于主控系统设备的故障分析和处理能力不足，

增加了风力发电机组主控制系统检修工作的难度。因此，本文将从风力发电机的

主控制系统的技术原理、系统组成、系统工作原理、系统运行分析着手，进而对

主控系统故障进行检修分析和实际检修策略探讨，以期为风力发电机组检修工作

人员提供一定的指导和借鉴，保障风力发电机组的安全、稳定、高效的运行。

一、风力发电机组主控制系统组成

倍福（Beckhoff）基于工业PC和EtherCAT的控制技术是目前风力发电机

组采用最多的的风机主控技术。风力发电机组主控制系统采用倍福功能强大的分

布嵌入式控制器（PLC），将PC技术和模块化I/O层结合于一体，能够在恶劣

的工况下持续可靠的运行。EtherCAT(以太网现场总线)技术，是一种具有良好开

放性和超高稳定性的技术，将以太网的优势和传统现场总线系统的简洁性融合于

一体，实现通信速度更快、更简单、更经济的设备和系统。风电机组的PLC与

TwinCAT自动化软件相结合，实现了风机PLC功能的高性能控制系统。风机控制

器内部的通信方式为EtherCAT通信，风机控制器与风场监控计算机的通信方式

为基于以太网的ADS通信。

双馈式风力发电机组主控制系统整体结构由PLC系统（软件控制）

和安全链系统（硬件控制）组成。具体主要由塔底MasterPLC、塔底柜I/O模块、

机舱SlavePLC、机舱柜I/O模块、EtherCAT通信系统、安全链系统、发电机-

变频器控制系统、变桨控制系统、偏航控制系统、齿轮箱控制系统、测风系统、

转速测量系统、振动测量系统、温度测量系统、刹车系统、滑环系统等重要部分

组成。

图1：风力发电机组

主控系统组成

二、风力发电机组主控制系统工作原理

风力发电机组主控制系统EtherCATFrame0和Frame1数据包传输路径，从

塔底MasterPLC发出，历经塔底柜I/O模块、EtherCAT通信系统、机舱Slave

PLC、机舱柜I/O模块、EtherCAT通信系统后回到塔底MasterPLC。

主控程序(PLCLogic)有两个任务(Fast和Main)分别对应Frame0和Frame1

数据包，TwinCAT系统负责收发数据包采集实时数据提供给主控程序使用，同时

TwinCAT还提供相应的模块诊断信息给主控程序使用。

图2：风力发电机组主控硬件系统拓扑图

主控软件系统生成的数据文件包含首发故障模块生成的事件序列记

录文件(事件SOE)、TwinCAT实时记录的系统信息Log文件、报表程序生成的1

分钟数据记录文件（用于通讯中断后提供插补数据）、PLC在监测到故障后保存

的故障数据文件