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無論是國(guó)外風(fēng)電技術(shù)發(fā)達(dá)國(guó)家還是我國(guó)通過引進(jìn)、吸收和再創(chuàng)新的國(guó)產(chǎn)商業(yè)化風(fēng)電機(jī)組，在變槳距機(jī)構(gòu)和主控系統(tǒng)之間的通訊通常采用工業(yè)以太網(wǎng)或Canopen總線方式，通訊總線通過信號(hào)滑環(huán)來實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)動(dòng)和非轉(zhuǎn)動(dòng)部分的通訊連接，這種信號(hào)滑環(huán)隨著動(dòng)力滑環(huán)一體吊裝時(shí)一次性安裝在傳動(dòng)軸上。但這種方式面臨幾個(gè)問題:(1)滑環(huán)磨損導(dǎo)致接觸不良，信號(hào)傳輸受干擾;(2)既要傳輸動(dòng)力電，又要傳輸信號(hào)，造成信號(hào)傳輸干擾;(3)現(xiàn)在信號(hào)種類比較多，要求更加復(fù)雜，精密的導(dǎo)電滑環(huán)成本較高。基于上述因素考慮，我們率先提出利用基于Bluetooth技術(shù)的無線通信在風(fēng)力發(fā)電控制系統(tǒng)中的應(yīng)用方案，并應(yīng)用在了實(shí)際運(yùn)行的機(jī)組當(dāng)中。此方案既能解決滑環(huán)通信故障的問題，還能作為冗余設(shè)計(jì)考慮。“藍(lán)牙(Bluetooth)”是一個(gè)開放性的、支持設(shè)備短距離通信的無線電技術(shù)，也是目前國(guó)際上支持范圍最廣泛，功能最豐富且安全的無線通信技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)。它可以在較小的范圍內(nèi)，通過無線連接的方式安全、低成本、低功耗的網(wǎng)絡(luò)互聯(lián)，使得近距離內(nèi)各種通信設(shè)備能夠?qū)崿F(xiàn)無縫資源共享。

藍(lán)牙技術(shù)以低成本的近距離無線連接為基礎(chǔ)，采用高速跳頻(FrequencyHopping)和時(shí)分多址(TimeDivisionMulti-access—TDMA)等先進(jìn)技術(shù)，為固定與移動(dòng)設(shè)備通信環(huán)境建立一個(gè)特別連接。以前的藍(lán)牙標(biāo)準(zhǔn)是IEEE802．15，工作在2．4GHz頻帶，通道帶寬為lMb/s，異步非對(duì)稱連接最高數(shù)據(jù)速率為723．2kb/s。新的藍(lán)牙標(biāo)準(zhǔn)4．0版將過去三種藍(lán)牙規(guī)格，包括傳統(tǒng)藍(lán)牙技術(shù)、藍(lán)牙低功耗技術(shù)及藍(lán)牙高速技術(shù)等合而為一，支持最高達(dá)24Mb/s傳輸速率，有效傳輸距離可達(dá)到100m。藍(lán)牙技術(shù)具有極大的發(fā)展空間，其技術(shù)的推廣與普及是適應(yīng)未來通訊領(lǐng)域業(yè)務(wù)需求的必然趨勢(shì)。

可行性分析

經(jīng)過對(duì)風(fēng)電控制系統(tǒng)的通信子系統(tǒng)的現(xiàn)場(chǎng)調(diào)研，其有線的通信大多由信號(hào)滑環(huán)通信。基于電網(wǎng)的突然掉電、UPS故障屏蔽、滑環(huán)磨損短路等安全隱患、滑環(huán)維護(hù)困難且成本比較高、通訊方式多冗余等諸多因素的考慮，風(fēng)機(jī)控制系統(tǒng)與變槳距機(jī)構(gòu)之間的通訊最終決定采用基于Bluetooth技術(shù)的無線通信技術(shù)。而HD1．5MW變速變槳永磁直驅(qū)風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的中空軸設(shè)計(jì)又很好的保證了變槳距部分和主控部分的兩個(gè)FLBLUETOOTHAP藍(lán)牙接入點(diǎn)通信模塊的點(diǎn)對(duì)點(diǎn)通訊質(zhì)量。系統(tǒng)配置如圖1所示。可見在近距離遮擋少的工況下，藍(lán)牙通信質(zhì)量良好。

系統(tǒng)方案設(shè)計(jì)

由于我們自行研制的HD1．5MW變速變槳永磁直驅(qū)風(fēng)力發(fā)電機(jī)組包括控制系統(tǒng)具有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)，軟硬件均具有開放性。其控制系統(tǒng)采用DCS系統(tǒng)，分為塔底主控柜、塔頂控制柜、輪轂變槳系統(tǒng)和人機(jī)界面四部分，系統(tǒng)設(shè)計(jì)可以從控制程序部分進(jìn)行處理，為基于Bluetooth技術(shù)的風(fēng)力發(fā)電控制系統(tǒng)中無線通信系統(tǒng)設(shè)計(jì)奠定基礎(chǔ)，其詳細(xì)設(shè)計(jì)方案拓?fù)鋱D如圖4所示。該套控制系統(tǒng)塔底控制柜和塔頂控制柜之間距離近80m，采用工業(yè)以太網(wǎng)通訊總線，而塔頂控制柜和輪轂變槳系統(tǒng)距離較近，而且存在相對(duì)旋轉(zhuǎn)的問題，傳統(tǒng)的有線通訊總線并無明顯的優(yōu)勢(shì)，所以采用了全新的Bluetooth無線通信技術(shù)。首先確定選用菲尼克斯基于FLBLUETOOTHAP的一款藍(lán)牙ModbusIO接入點(diǎn)通信模塊，該模塊支持:多點(diǎn)通訊;傳感器信號(hào)可快速無線集成;Mod-bus-TCP(RJ45);藍(lán)牙2．0;同時(shí)具有快速響應(yīng)時(shí)間。用其實(shí)現(xiàn)現(xiàn)場(chǎng)總線的原有各種功能，同時(shí)還添加了冗余保護(hù)系統(tǒng)。

該方案進(jìn)一步優(yōu)化了網(wǎng)絡(luò)和配置，提高了通訊的實(shí)時(shí)性、準(zhǔn)確性，其通訊頻段如圖5所示。

測(cè)試結(jié)果

基于Bluetooth技術(shù)的無線通信在風(fēng)力發(fā)電控制系統(tǒng)中的應(yīng)用方案已經(jīng)在龍江風(fēng)電杜蒙1#風(fēng)場(chǎng)投入使用，運(yùn)行情況良好，達(dá)到了預(yù)期的系統(tǒng)需求和設(shè)計(jì)要求。通過無線通信完成了以下基本功能。變槳距機(jī)構(gòu)的軸端編碼器、齒圈編碼器、限位開關(guān)、伺服驅(qū)動(dòng)器、變槳電機(jī)等參數(shù)以及安全鏈信號(hào)均可通過無線通信模塊傳輸給主控系統(tǒng)進(jìn)行判斷，而主控系統(tǒng)通過無線通信模塊對(duì)變槳距機(jī)構(gòu)可發(fā)送變槳角度，變槳速率和加速度等控制命令，實(shí)現(xiàn)對(duì)變槳系統(tǒng)的控制。無線通信的配置成功具有以下優(yōu)勢(shì)(1)增強(qiáng)通信的可靠性，穩(wěn)定性;(2)更換方便，減少維護(hù)難度和工作量;(3)節(jié)省滑環(huán)或做冗余考慮;(4)節(jié)約成本，具有推廣性。

結(jié)語

針對(duì)風(fēng)力發(fā)電基于Bluetooth技術(shù)的無線通信在風(fēng)力發(fā)電機(jī)組控制系統(tǒng)通訊上應(yīng)用的空白，本文提出的一種解決因各種因素導(dǎo)致的不適合應(yīng)用有線通信或基于冗余設(shè)計(jì)考慮的風(fēng)力發(fā)電控制系統(tǒng)的無線通信方案。采用特別為工業(yè)應(yīng)用設(shè)計(jì)的基于Bluetooth技術(shù)的菲尼克斯FLBLUETOOTHAP藍(lán)牙接入點(diǎn)無線通信模塊完成了風(fēng)力發(fā)電控制系統(tǒng)的上下位機(jī)通信需求，很好的完成了原有的通信功能，解決了風(fēng)機(jī)控制系統(tǒng)中相對(duì)旋轉(zhuǎn)部分之間的通訊這一難題，實(shí)現(xiàn)了風(fēng)機(jī)主控制系統(tǒng)與變槳距機(jī)構(gòu)之間的信號(hào)傳輸從必須由信號(hào)滑環(huán)傳遞到基于Blue-tooth技術(shù)的無線通信的飛躍。

風(fēng)力發(fā)電控制系統(tǒng)采用無線通信方式來完成風(fēng)機(jī)端各項(xiàng)參數(shù)的采集、故障報(bào)警、遠(yuǎn)程控制等功能，既節(jié)約成本、又降低了施工和維護(hù)的難度、更提高了自動(dòng)化信息技術(shù)水平，具有很高的應(yīng)用價(jià)值，無線通信在風(fēng)力發(fā)電控制系統(tǒng)中應(yīng)用的推廣將帶來顯著的經(jīng)濟(jì)和社會(huì)效益。

作者：張巖吳光宇單位：哈電發(fā)電設(shè)備國(guó)家工程研究中心有限公司