風力發(fā)電機組輪轂無線通信方案

王軍剛

[摘 ? ?要]風力發(fā)電機組機艙和輪轂之間一般采用變槳滑環(huán)來實現兩者之間的電氣連接。針對已并網風力發(fā)電機組，由于運行需要，如果需增加相應的通道，傳統(tǒng)的方案可能受限，針對這種情況，提出了一種行之有效的解決方案。

[關鍵詞]風力發(fā)電機組;輪轂;變槳滑環(huán);無線通信

[中圖分類號]TM614 [文獻標志碼]A [文章編號]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 風力發(fā)電機組機艙柜與變槳柜傳統(tǒng)的電氣連接方式

目前大多數公司風力發(fā)電機組的機艙柜（靜止部分）與變槳柜（安裝在輪轂中，正常工作時隨同輪轂一起轉動）之間，均采用單一的變槳滑環(huán)來進行電氣連接。變槳滑環(huán)，是用于將機艙柜400 V動力電源、變槳系統(tǒng)24 V控制信號和通信控制信號傳輸給旋轉的變槳系統(tǒng)的設備。變槳滑環(huán)通常安裝在設備的旋轉中心，主要由旋轉與靜止兩大部分組成，變槳滑環(huán)之所以能夠實現以上功能，是因為內部有相應的滑道。

2 已并網機組在實際使用過程中可能遇到的問題

受限于風電成本的壓力，風電整機設備商初裝機時不可能為每一臺機組的變槳滑環(huán)都預留相應的通道以考慮后期的發(fā)展需要。如果現有的變槳滑環(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)不滿足使用要求時，特殊定制的產品價格高、工期長，某些使用要求可能只是短期內測試需求，為了相應的需求去定制產品不管是在時間上還是成本上都給企業(yè)帶來一定的壓力。即使在運機組現有滑環(huán)有相應的通道，如沒有預留相應的接線，則面臨著大量施工的麻煩，接線等工作需要耗費一定的工時。

3 風力發(fā)電輪轂無線通信方案

針對以上需求，通過研究輪轂無線通信做為有線通信的補充通信。輪轂無線通信方案既可以利用現有的變槳滑環(huán)，不至造成浪費，又可以解決實際應用中的需求。和以往的有線系統(tǒng)不同，此無線系統(tǒng)省去了大量施工的麻煩，利用最短的周期搭建起無線通信系統(tǒng)，在保證用戶投資的情況下給用戶帶來了實實在在的好處。輪轂無線通信測試平臺示意如圖1所示。

試驗方案如下：

（1）利用搭建的測試平臺，在機艙柜與變槳柜主從PLC之間直接使用有線通信，測試兩者的發(fā)送和接收是否正常，以驗證主從PLC以及相關的器件工作是否正常。該方案用BACHMANN模塊MPC240作為主PLC，由于MPC240缺少相應的CANOpen接口，所以采用模塊CM202（帶2個CANOpen接口））作為CANOpen通信的主站模塊建立網絡，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絡。測試軟件主控用BACHMANN的編程軟件進行編程，變槳用BECKHOFF的編程軟件進行編程，通過相應的心跳位判斷主控系統(tǒng)與變槳系統(tǒng)的通信是否連通，使用相應的標志位來判斷是有線還是無線通信在正常工作，從而判斷無線通信是否能作為有線通信的補充。

機艙柜與變槳柜主從PLC之間先直接使用CANOPEN專用通信電纜連接，兩者之間的波特率設置為500 kbps，測試兩者的發(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變量來標識通信連接情況，CAN1_disc_flag=FALSE，代表有線通信沒有問題，為默認通信。圖3Variable列表中N51_Angle_setpoint的Value為2 000表示由變槳51號站點直接來接收變槳角度，主控實際給定變槳角度為20°。

（2）在上述試驗可行的情況下，斷開有線，修改程序，使用無線通信。無線通信模塊采用德國Schildknecht AG公司生產的DATAEAGLE COMPACT 6710 CANOpen無線通信模塊[1]。DATAEAGLE 6710為CAN總線的透明傳輸所特別研制，利用多種無線通信技術使所有帶CAN總線接口的設備都可以嘗試無線連接，無需對設備進行配置，支持即插即用。典型范圍參數為：工作范圍取決于所采用的無線技術以及環(huán)境條件，其相應參數[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)行標準為CE，FCC。無線技術：頻率為2.4 GHz藍牙，最多的無線從站數量1個，支持傳輸距離室內典型范圍100m，室外典型范圍300m，無線連接器為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。使用CAN連接線把DATAEAGLE COMPACT 6710從模塊與第2個EL6751-0010（從站CANOpen接口模塊，帶1個CANOpen接口）與從PLC相連連接起來。2個無線通信模塊采用24 V DC供電電源給他們供電，該品牌無線通信模塊的主從模塊之間使用無線通信。主從PLC之間，2個無線通信模塊之間的波特率均設置為500 kbps，測試主從PLC之間的發(fā)送和接收是否正常。

主控和變槳PLC之間無線通信的連接情況，在主控程序中使用CAN1_disc_flag變量來標識通信連接情況，CAN1_disc_flag=TRUE，代表有線通信斷開，N10_Angle_setpoint角度為20°，則代表切換到無線通信。Variable列表中N10_Angle_setpoint的Value為2 000則代表由無線通信模塊的10號站點來接收變槳角度，主控實際給定變槳角度為20°。

根據從站接收報文截圖（圖4）可以看出，從站接收到主站發(fā)送的數據，說明主站從站通信正常。

（3）在有線通信和無線通信單獨測試都無問題的情況下，變更主控程序，在2種通信均連接的情況下，測試有線通信，無線通信同時工作時是否能正常工作，從而驗證無線通信可做為有線通信的補充來使用。有線、無線均正常工作見圖5。

圖5 有線，無線通信正常工作

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

4 結束語

采用風力發(fā)電輪轂無線通信方案，可方便地獲得風力發(fā)電機組輪轂內的所需數據。通過探討無線通信方案的應用的可行性，為以后在機組上應用打下一定的基礎。

無線通信方案可節(jié)省冗長的新產品開發(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)造價值。

參考文獻

[1] 李煒明.無線通信技術在風電機組中的應用綜述[J].中國新通信，2018（16）：43.

[2] 孔維兵，張涵，周繼威.風電場風電機組無線網絡技術研究與應用[J].風力發(fā)電，2021（1）：22-25.