摘要：本文從滿(mǎn)足現(xiàn)場(chǎng)需要的角度，闡發(fā)優(yōu)秀的主控系統(tǒng)對(duì)風(fēng)電機(jī)組現(xiàn)場(chǎng)維修、維護(hù)的重要作用。通過(guò)改進(jìn)和完善主控系統(tǒng)與之相關(guān)的功能，有利于提高現(xiàn)場(chǎng)運(yùn)維的技術(shù)水平，幫助現(xiàn)場(chǎng)人員迅速分析、診斷、處理機(jī)組故障。最終實(shí)現(xiàn)降低度電成本的目的。

　　

　　關(guān)鍵詞：主控性能；故障停機(jī)；現(xiàn)場(chǎng)運(yùn)維；數(shù)據(jù)采集與儲(chǔ)存；故障診斷與處理

　　

　　前言

　　

　　隨著計(jì)算芯片處理能力的不斷增強(qiáng)，工業(yè)控制器不斷更新。“大數(shù)據(jù)和人工智能”的不斷發(fā)展，我國(guó)各行各業(yè)在人工智能研究方面都取得了不小的成就。不少風(fēng)電企業(yè)為研發(fā)對(duì)單機(jī)、機(jī)群和環(huán)境具有“超感知”能力的智能機(jī)組進(jìn)行了大量地投入，人工智能也自然成了當(dāng)今風(fēng)電的研究和發(fā)展方向之一。然而，現(xiàn)場(chǎng)投運(yùn)的任何一臺(tái)機(jī)組，在其壽命期內(nèi)，均會(huì)因各種原因報(bào)故障停機(jī)，或出現(xiàn)部件損壞，需要登機(jī)或遠(yuǎn)程維修后，機(jī)組方能并網(wǎng)；運(yùn)行機(jī)組還需要現(xiàn)場(chǎng)人員登機(jī)進(jìn)行定期維護(hù)和檢修，方能保證機(jī)組安全，切實(shí)減少和避免機(jī)組潛在故障，使機(jī)組預(yù)防檢修落到實(shí)處。因此，保障現(xiàn)場(chǎng)機(jī)組維修維護(hù)的順利實(shí)施，是風(fēng)電場(chǎng)現(xiàn)場(chǎng)運(yùn)維的根本；是機(jī)組長(zhǎng)期、穩(wěn)定及安全運(yùn)行的保障；是機(jī)組正常運(yùn)行不可或缺的基本條件。這也是風(fēng)電“大數(shù)據(jù)和人工智能”所不可替代的。

　　

　　隨著風(fēng)電機(jī)組大型化趨勢(shì)的發(fā)展及風(fēng)電技術(shù)的進(jìn)步，一方面，機(jī)組部件越來(lái)越多，結(jié)構(gòu)越來(lái)越復(fù)雜；另一方面，機(jī)組安全與可靠性是機(jī)組運(yùn)行的基本前提，對(duì)機(jī)組安全的要求也越來(lái)越高。為保證機(jī)組安全，機(jī)組的眾多部位采用了多重保護(hù)和冗余設(shè)計(jì)。這不僅增加了機(jī)組生產(chǎn)成本，更增加了部件損壞幾率和故障點(diǎn)，這就決定了分析與處理機(jī)組故障的難度越來(lái)越大，對(duì)現(xiàn)場(chǎng)運(yùn)維技術(shù)水平的要求也越來(lái)越高。

　　

　　大型風(fēng)電機(jī)組均有變頻器，以變頻器為例，隨著海上機(jī)組的發(fā)展，如今多個(gè)風(fēng)電整機(jī)廠家已推出了10MW機(jī)組，組成部件不斷增多；機(jī)組及變頻器結(jié)構(gòu)更為復(fù)雜；單機(jī)停機(jī)損失也越來(lái)越大。變頻器不僅是機(jī)組的重要組成部分，而且，對(duì)機(jī)組安全起著相當(dāng)重要的作用。質(zhì)量?jī)?yōu)異、技術(shù)成熟的變頻器，各種保護(hù)電路也應(yīng)設(shè)計(jì)得相當(dāng)完善。如動(dòng)力電纜出現(xiàn)短路，需“瞬間”觸發(fā)變頻器報(bào)故障停機(jī)，箱變斷路器跳閘，以避免電纜、變頻器或機(jī)組燒毀事故的發(fā)生[1]。利用完善的保護(hù)措施使機(jī)組及變頻器安全得到保護(hù)，但是，完善的保護(hù)措施往往會(huì)使變頻器故障維修的技術(shù)難度增大，在分析、判斷和維修變頻器故障時(shí)，需要豐富的現(xiàn)場(chǎng)經(jīng)驗(yàn)和相當(dāng)高的技術(shù)水平。如現(xiàn)場(chǎng)維修人員技術(shù)水平不夠高，現(xiàn)場(chǎng)經(jīng)驗(yàn)不夠豐富，可能因分析和判斷故障機(jī)組困難，造成大量不必要的備件消耗，長(zhǎng)時(shí)間地大面積停機(jī)等，因此業(yè)內(nèi)形成了一個(gè)較為奇怪現(xiàn)象，越是保護(hù)電路完善，質(zhì)量?jī)?yōu)良的變頻器，越是沒(méi)有市場(chǎng)，例如：法國(guó)ALSTOM變頻器（國(guó)內(nèi)引進(jìn)的“科浮德”變頻器），其保護(hù)措施完善，在現(xiàn)場(chǎng)也被眾多的變頻器故障所證實(shí)。然而，不少已經(jīng)并網(wǎng)運(yùn)行多年的ALSTOM變頻器機(jī)組，經(jīng)過(guò)“低穿”、“高穿”改造，把原變頻器控制板改造成保護(hù)電路不完善的國(guó)產(chǎn)變頻器控制板，有的改造甚至直接導(dǎo)致了機(jī)組燒毀事故的發(fā)生。究其原因，與其保護(hù)電路設(shè)計(jì)得相對(duì)完善，變頻器維修難度很大，需要較高的技術(shù)水平和現(xiàn)場(chǎng)經(jīng)驗(yàn)不無(wú)關(guān)系[2]。而風(fēng)電機(jī)組又時(shí)常安裝在人跡罕至的陸地，或一望無(wú)垠的海上。條件艱苦，技術(shù)力量薄弱。因此，有必要采取切實(shí)可行有效措施為現(xiàn)場(chǎng)運(yùn)維服務(wù)。

　　

　　在風(fēng)電機(jī)組設(shè)計(jì)階段就需要考慮到部件損壞及現(xiàn)場(chǎng)故障分析、判斷與處理的方便問(wèn)題，并把現(xiàn)場(chǎng)維修、維護(hù)方便放在重要位置。在變頻器、主控及SCADA后臺(tái)軟件設(shè)計(jì)階段就需要考慮設(shè)計(jì)各種工具和手段，以便在遠(yuǎn)程控制中心通過(guò)主控、變頻器調(diào)試軟件及SCADA后臺(tái)軟件實(shí)現(xiàn)機(jī)組的遠(yuǎn)程故障診斷與容錯(cuò)運(yùn)行等；在處理疑難故障時(shí)，能通過(guò)經(jīng)驗(yàn)豐富技術(shù)人員的遠(yuǎn)程指導(dǎo)，縮短故障處理的時(shí)間。

　　

　　1主控系統(tǒng)對(duì)現(xiàn)場(chǎng)運(yùn)維的重要作用

　　

　　風(fēng)電機(jī)組是在無(wú)干預(yù)的情況下自動(dòng)完成等風(fēng)檢測(cè)、啟機(jī)并網(wǎng)、正常發(fā)電和保護(hù)停機(jī)等功能[3]。在小風(fēng)或無(wú)風(fēng)，機(jī)組發(fā)負(fù)功時(shí)，自動(dòng)停機(jī)進(jìn)入等風(fēng)狀態(tài)；當(dāng)風(fēng)速達(dá)到啟動(dòng)風(fēng)速以上, 自動(dòng)啟機(jī)、并網(wǎng)發(fā)電。

　　

　　停機(jī)分為兩種：正常停機(jī)和保護(hù)停機(jī)。除小風(fēng)停機(jī)和人為手動(dòng)停機(jī)外，多數(shù)屬于保護(hù)停機(jī)[3]。按消除停機(jī)所采取方式的不同，保護(hù)停機(jī)可分為兩種，一種是無(wú)需人為干預(yù)，在適當(dāng)條件下，由主控發(fā)出復(fù)位命令，能自動(dòng)復(fù)位并網(wǎng)的保護(hù)停機(jī)。如：塔筒共振、一級(jí)振動(dòng)、高風(fēng)切除和電網(wǎng)故障等；另一種是需人為干預(yù)（故障處理、維修或部件更換等）的保護(hù)停機(jī)。如：“變槳驅(qū)動(dòng)器故障”、“充電器故障”以及“齒輪油冷卻風(fēng)扇故障”等等[4]。停機(jī)后，及時(shí)、迅速地進(jìn)行機(jī)組維修和復(fù)位啟機(jī)，有利于提高機(jī)組利用率和發(fā)電量。

　　

　　1.1主控系統(tǒng)報(bào)故障準(zhǔn)確對(duì)機(jī)組維修的重要作用

　　

　　當(dāng)外部不滿(mǎn)足機(jī)組運(yùn)行條件，或機(jī)組自身出現(xiàn)故障時(shí)，運(yùn)行機(jī)組自動(dòng)報(bào)故障停機(jī)。停機(jī)故障信息可通過(guò)人機(jī)界面，主控調(diào)試軟件，或SCADA后臺(tái)軟件進(jìn)行查看。現(xiàn)場(chǎng)維修人員主要根據(jù)主控所采集的各種信息分析、判斷和排除機(jī)組故障。但是，如果主控程序設(shè)計(jì)夠不完善，停機(jī)邏輯不夠明晰、主控參數(shù)設(shè)置不合理，或主控硬件抗干擾能力弱等都會(huì)造成主控報(bào)故障不準(zhǔn)確，出現(xiàn)誤報(bào)故障。這不僅會(huì)降低利用率和發(fā)電量，增加分析、判斷機(jī)組故障的時(shí)間，還會(huì)造成部件的錯(cuò)誤更換，增加備件用量等。因此，主控報(bào)故障準(zhǔn)確對(duì)故障處理起著重要作用，直接關(guān)系到現(xiàn)場(chǎng)故障處理效率和運(yùn)維成本。

　　

　　達(dá)到主控報(bào)故障準(zhǔn)確，在開(kāi)發(fā)主控系統(tǒng)時(shí)，不僅需要從主控硬件和軟件兩方面深入研究，而且，還需在機(jī)組的長(zhǎng)期運(yùn)行實(shí)踐中對(duì)主控不斷改進(jìn)和完善，以開(kāi)發(fā)出適合風(fēng)電場(chǎng)環(huán)境具有的高質(zhì)量硬件和主控軟件的專(zhuān)業(yè)風(fēng)電機(jī)組控制器（主控）。例如：丹麥Mita公司生產(chǎn)的專(zhuān)業(yè)風(fēng)電機(jī)組主控WP3100，控制器軟硬件均是專(zhuān)為風(fēng)電機(jī)組開(kāi)發(fā)，現(xiàn)場(chǎng)運(yùn)用中不斷改進(jìn)和完善，正因?yàn)殚_(kāi)發(fā)時(shí)間較早，就當(dāng)今的硬件水平和控制器處理能力看來(lái)，主控硬件是相當(dāng)?shù)?ldquo;落后”了。但是，從現(xiàn)場(chǎng)故障維修和維護(hù)的角度來(lái)看，是一款相當(dāng)成熟經(jīng)典的專(zhuān)業(yè)風(fēng)電機(jī)組控制器。具有較為完善的遠(yuǎn)程權(quán)限管理；能很方便地實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程現(xiàn)場(chǎng)指揮，遠(yuǎn)程故障診斷和機(jī)組容錯(cuò)運(yùn)行等。其設(shè)計(jì)的合理內(nèi)核值得我們研究、學(xué)習(xí)和借鑒。

　　

　　該主控及與之配套的Gateway后臺(tái)軟件，在現(xiàn)場(chǎng)運(yùn)行機(jī)組長(zhǎng)時(shí)間的使用中，經(jīng)歷了二三十年、幾代技術(shù)人員的不斷更新和完善，其中積累了大量有參考價(jià)值的現(xiàn)場(chǎng)維修維護(hù)經(jīng)驗(yàn)，不僅國(guó)產(chǎn)主控與之還有一定的差距。而且，該公司近些年開(kāi)發(fā)的PLC專(zhuān)業(yè)風(fēng)電機(jī)組主控，僅就現(xiàn)場(chǎng)運(yùn)維的角度，在遠(yuǎn)程指揮，使用方便等諸多方面和細(xì)節(jié)上也還存在不小的差距。

　　

　　優(yōu)秀的風(fēng)電主控系統(tǒng)應(yīng)具有適用于風(fēng)電場(chǎng)運(yùn)行環(huán)境完善的硬件設(shè)計(jì)。如主控硬件設(shè)計(jì)不夠完善，會(huì)因外界干擾出現(xiàn)故障誤報(bào)停機(jī)。干擾可能來(lái)自信號(hào)輸入線(xiàn)路、控制器的信號(hào)處理、主控電源供電和電網(wǎng)的高次諧波等。例如：某風(fēng)電場(chǎng)因 “高穿改造”，把運(yùn)行機(jī)組上的WP3100主控更換為采用通用PLC工業(yè)控制器硬件生產(chǎn)的風(fēng)電機(jī)組主控系統(tǒng)后，報(bào)“振動(dòng)停機(jī)故障”次數(shù)明顯增加。當(dāng)振動(dòng)信號(hào)輸入端口加裝雷電保護(hù)或磁環(huán)后，機(jī)組報(bào)振動(dòng)停機(jī)得到明顯改善，這說(shuō)明這種PLC主控硬件設(shè)計(jì)不夠完善。但是，如果不在同一臺(tái)機(jī)組上進(jìn)行這樣的對(duì)比，很難鎖定PLC主控是因輸入信號(hào)受到外界干擾而誤報(bào)振動(dòng)停機(jī)。當(dāng)沒(méi)有查明振動(dòng)停機(jī)的故障來(lái)源時(shí)，則可能錯(cuò)誤地懷疑并更換振動(dòng)傳感器，懷疑主控與振動(dòng)傳感器之間的接線(xiàn)和配合、機(jī)組旋轉(zhuǎn)部件、機(jī)組并網(wǎng)的扭矩控制，或風(fēng)況等。這無(wú)疑增加了分析和判斷振動(dòng)故障的難度，同時(shí)，也變相增加了備件用量和維護(hù)成本，也造成了不必要的發(fā)電量損失。

　　

　　再進(jìn)一步分析，從振動(dòng)輸入信號(hào)受干擾可知：該振動(dòng)信號(hào)是數(shù)字信號(hào)，進(jìn)入主控的振動(dòng)輸入端口之前，是采用雙絞線(xiàn)傳輸，雖然輸入信號(hào)線(xiàn)外有屏蔽層，并做了良好接地，但是，風(fēng)電場(chǎng)的電力環(huán)境惡劣，會(huì)由于各種原因受到其他電信號(hào)或電磁信號(hào)的干擾。而主控與變槳控制器之間通信，也是采用雙絞線(xiàn)傳輸?shù)臄?shù)字信號(hào)，可能在線(xiàn)路上或滑環(huán)旋轉(zhuǎn)處受到外界的干擾，依據(jù)處理振動(dòng)誤報(bào)的經(jīng)驗(yàn)，為避免“變槳通信故障”誤報(bào)，也采取了相同的措施，結(jié)果收效明顯。“變槳通信故障”的誤報(bào)問(wèn)題如不能及時(shí)處理，則可能因故障分析和判斷錯(cuò)誤，造成變槳通訊滑環(huán)的大量更換等，從而增加了機(jī)組的維修成本和備件用量。因此，從現(xiàn)場(chǎng)運(yùn)維和主控報(bào)故障準(zhǔn)確的角度來(lái)看，硬件落后的不是WP3100控制器，而是看似“先進(jìn)”的PLC主控系統(tǒng)，正是通過(guò)兩種主控的風(fēng)電場(chǎng)機(jī)組實(shí)際運(yùn)行和硬件之間的對(duì)比，才迅速找到了PLC主控誤報(bào)故障的真實(shí)來(lái)源，以及PLC主控系統(tǒng)在硬件設(shè)計(jì)上的缺陷。而其他因主控問(wèn)題而造成的誤報(bào)停機(jī)故障就很難查明了，需要在現(xiàn)場(chǎng)機(jī)組運(yùn)行、維修和維護(hù)的具體實(shí)踐中不斷改進(jìn)和完善主控系統(tǒng)。

　　

　　大型風(fēng)電機(jī)組一般有大功率變頻器，會(huì)產(chǎn)生大量的高次諧波，風(fēng)電場(chǎng)機(jī)組的工作環(huán)境比一般的市電工作環(huán)境惡劣，需要主控硬件具有很高的抗干擾能力。這些采用通用PLC控制器硬件生產(chǎn)的主控，在設(shè)計(jì)時(shí)如果沒(méi)有專(zhuān)門(mén)對(duì)風(fēng)電場(chǎng)的惡劣環(huán)境條件予以充分地考慮和現(xiàn)場(chǎng)實(shí)踐，當(dāng)運(yùn)用于風(fēng)電場(chǎng)機(jī)組主控系統(tǒng)進(jìn)行故障信息處理時(shí)，出現(xiàn)偏差和誤報(bào)故障就難以避免。

　　

　　主控軟件對(duì)停機(jī)故障設(shè)定的控制邏輯關(guān)系到機(jī)組報(bào)故障準(zhǔn)確。機(jī)組控制參數(shù)設(shè)置不合理，同樣會(huì)影響到報(bào)故障準(zhǔn)確的問(wèn)題。例如：機(jī)組的超速參數(shù)設(shè)置缺乏系統(tǒng)分析和現(xiàn)場(chǎng)實(shí)踐，沒(méi)有理順參數(shù)之間的關(guān)系，會(huì)導(dǎo)致設(shè)置值不合理，增加停機(jī)次數(shù)，誤報(bào)故障 [5]。

　　

　　主控系統(tǒng)報(bào)故障準(zhǔn)確是主控的基本功能，并對(duì)現(xiàn)場(chǎng)運(yùn)維起著極其重要的作用。在判斷主控優(yōu)劣時(shí)，應(yīng)抓住軟件的完善成度和硬件的抗干擾能力等，把主控報(bào)故障準(zhǔn)確，滿(mǎn)足現(xiàn)場(chǎng)機(jī)組維修和維護(hù)要求，現(xiàn)場(chǎng)使用方便放在首位[6]。在這些基本功能得到充分實(shí)現(xiàn)的前提下，再進(jìn)一步通過(guò)主控系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)機(jī)組的“人工智能”和“超感知”能力等，否則，將得不償失。

　　

　　1.2主控?cái)?shù)據(jù)采集與儲(chǔ)存對(duì)運(yùn)維的作用

　　

　　WP3100主控具有合理的數(shù)據(jù)采集與儲(chǔ)存功能，是后臺(tái)軟件和故障信息查詢(xún)的根本來(lái)源。機(jī)組維修維護(hù)時(shí)可根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)運(yùn)維需要，可通過(guò)后臺(tái)SCADA軟件或運(yùn)用主控調(diào)試軟件，隨時(shí)提取主控?cái)?shù)據(jù)。例如：在機(jī)組定期維護(hù)檢查發(fā)電效率是否變化時(shí)，可運(yùn)用主控調(diào)試維修軟件很方便地在機(jī)艙上從主控讀取數(shù)據(jù)，形成功率曲線(xiàn)，再與這臺(tái)機(jī)組上一年的歷史功率曲線(xiàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行比較，以檢查機(jī)組的葉片對(duì)零、風(fēng)向標(biāo)、風(fēng)速儀及功率曲線(xiàn)控制參數(shù)是否存在問(wèn)題。這極大地方便了現(xiàn)場(chǎng)的故障診斷與故障檢查。

　　

　　主控的信息采集與儲(chǔ)存同機(jī)組維修密切相連。例如：機(jī)組的某個(gè)溫度傳感器出現(xiàn)了瞬間跳變，主控會(huì)報(bào)“溫度傳感器故障”停機(jī)，因在主控中詳細(xì)記載了每一個(gè)溫度傳感器近期12個(gè)月、一個(gè)月、一天之內(nèi)及20年的最高值、最低值和平均值，并且把近期毫秒級(jí)的故障變動(dòng)都會(huì)捕捉到主控之中。分析、檢查故障時(shí)通過(guò)人機(jī)界面、后臺(tái)SCADA或主控調(diào)試軟件，檢查到某個(gè)溫度傳感器的故障跳變及數(shù)值，以便迅速鎖定“溫度傳感器故障”的故障來(lái)源。再如：在登機(jī)進(jìn)行定檢維護(hù)時(shí)，依據(jù)主軸剎車(chē)器的維護(hù)記錄，如發(fā)現(xiàn)某機(jī)組主軸剎車(chē)片磨損太快，在主控中可迅速查明近期的剎車(chē)器動(dòng)作次數(shù)，及機(jī)組近期的所有故障信息，便于分析和查明磨損太快的原因，還可能發(fā)現(xiàn)先前沒(méi)有發(fā)現(xiàn)的問(wèn)題，或機(jī)組的潛在故障等。

　　

　　WP3100的主控硬件和基礎(chǔ)軟件均是為風(fēng)電機(jī)組專(zhuān)門(mén)開(kāi)發(fā)，能完全依據(jù)現(xiàn)場(chǎng)機(jī)組的日常維修和定期維護(hù)需要進(jìn)行信息采集和存儲(chǔ)，因此，盡管主控存儲(chǔ)量極為有限，但對(duì)機(jī)組維修、維護(hù)有用的重要信息均能在主控中通過(guò)人機(jī)界面查找，或采用主控調(diào)試軟件讀取。

　　

　　如果以不適當(dāng)?shù)姆绞皆谥骺卮鎯?chǔ)，在檢查故障時(shí)，就很難知道機(jī)組故障時(shí)具體狀況，給機(jī)組維修帶來(lái)困難。如僅在SCADA后臺(tái)軟件中采集和存儲(chǔ)這些信息，在機(jī)艙上進(jìn)行機(jī)組維修和維護(hù)時(shí)，就不能便捷的查到機(jī)組信息，無(wú)疑給機(jī)組維修和維護(hù)帶來(lái)了困難。還可能因數(shù)據(jù)包的丟失，或通訊中斷，而丟失掉眾多的“瞬間”信息，這無(wú)形增加了故障分析的難度。

　　

　　WP3100的機(jī)組重要數(shù)據(jù)均存儲(chǔ)在每一臺(tái)機(jī)組的主控之中，這為現(xiàn)場(chǎng)運(yùn)維提供了方便；該主控還通過(guò)多種措施保證機(jī)組所有運(yùn)行數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性和連續(xù)性，為及時(shí)、準(zhǔn)確地了解任何一臺(tái)機(jī)組的長(zhǎng)期運(yùn)行狀況提供了依據(jù)。在現(xiàn)場(chǎng)調(diào)試完成以后，機(jī)組進(jìn)入并網(wǎng)運(yùn)行時(shí)，可通過(guò)高級(jí)權(quán)限給所有主控?cái)?shù)據(jù)復(fù)位、置零。為保證每臺(tái)機(jī)組運(yùn)行數(shù)據(jù)的連續(xù)性，在主控出現(xiàn)故障需要更換時(shí)，則用主控調(diào)試軟件下載主控參數(shù)和數(shù)據(jù)。在更換主控或主控底層軟件后，再把這臺(tái)機(jī)組先前的主控參數(shù)和數(shù)據(jù)上傳。這樣保證了主控系統(tǒng)和主控底層軟件的更換，不會(huì)成機(jī)組數(shù)據(jù)的丟失。另一方面，主控?cái)?shù)據(jù)可通過(guò)環(huán)網(wǎng)實(shí)時(shí)地傳給后臺(tái)Gateway軟件，也可以在需要的時(shí)候再通過(guò)Gateway軟件從主控讀取數(shù)據(jù)。把機(jī)組數(shù)據(jù)存儲(chǔ)在每一臺(tái)機(jī)組的主控系統(tǒng)之中，保證了每一臺(tái)機(jī)組參數(shù)設(shè)置的個(gè)性和運(yùn)行數(shù)據(jù)的連續(xù)性。為保證重要的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)在主控中儲(chǔ)存20年不會(huì)丟失分散了風(fēng)險(xiǎn)，為分析和總計(jì)機(jī)組的長(zhǎng)期運(yùn)行狀況提供了技術(shù)支持。例如：20年的機(jī)組故障、利用率、功率曲線(xiàn)和發(fā)電量等基礎(chǔ)數(shù)據(jù)，都應(yīng)采用適當(dāng)?shù)姆绞酱鎯?chǔ)在主控中，便于查詢(xún)和機(jī)組故障的分析等，主控?cái)?shù)據(jù)是根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)維修與維護(hù)的經(jīng)驗(yàn)和需要進(jìn)行采集和存儲(chǔ)的，極大地方便了機(jī)組運(yùn)維。這為機(jī)組維護(hù)和維修提供了信息保證，與分布式風(fēng)電機(jī)組的信息存儲(chǔ)與故障查詢(xún)相適應(yīng)。

　　

　　某些利用通用PLC硬件生產(chǎn)的國(guó)產(chǎn)主控系統(tǒng)，在數(shù)據(jù)采集與存儲(chǔ)上存在先天不足。大量的基礎(chǔ)信息只能在后臺(tái)SCADA軟件中存儲(chǔ)。這就是說(shuō)，每臺(tái)機(jī)組詳細(xì)的功率曲線(xiàn)、利用率和發(fā)電量信息等均只能通過(guò)后臺(tái)SCADA軟件進(jìn)行采集和存儲(chǔ)。而在信號(hào)傳輸過(guò)程中存在數(shù)據(jù)包丟失問(wèn)題，還可能出現(xiàn)機(jī)組與后臺(tái)之間通訊中斷的情況，這種致命的缺陷使數(shù)據(jù)的完整性與連續(xù)性大打折扣，因此，時(shí)常會(huì)出現(xiàn)整個(gè)風(fēng)電場(chǎng)給電網(wǎng)的上網(wǎng)發(fā)電量比后臺(tái)軟件統(tǒng)計(jì)的發(fā)電量還要高的情況，也難以保證機(jī)組利用率的真實(shí)性和功率曲線(xiàn)的完整性。

　　

　　1.3利用主控實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程故障診斷與機(jī)組容錯(cuò)運(yùn)行

　　

　　通過(guò)主控系統(tǒng)的多級(jí)權(quán)限管理，在風(fēng)電場(chǎng)的集中監(jiān)控室，或遠(yuǎn)程控制中心對(duì)機(jī)組進(jìn)行遠(yuǎn)程操控，以適當(dāng)?shù)姆绞綄?shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程故障診斷和遠(yuǎn)程技術(shù)指導(dǎo)；實(shí)現(xiàn)“集中監(jiān)控，區(qū)域維修”指揮現(xiàn)場(chǎng)；以容錯(cuò)運(yùn)行的方式實(shí)現(xiàn)機(jī)組遠(yuǎn)程故障處理。這些功能和目標(biāo)的實(shí)現(xiàn)均依賴(lài)于主控程序和后臺(tái)軟件，而主控系統(tǒng)又在其中起著關(guān)鍵性的作用。

　　

　　首先，在控制中心通過(guò)SCADA后臺(tái)軟件對(duì)機(jī)組主控系統(tǒng)的遠(yuǎn)程操控，實(shí)現(xiàn)變槳系統(tǒng)、變頻器和發(fā)電機(jī)等重要部件的遠(yuǎn)程故障診斷與技術(shù)指導(dǎo)。

　　

　　WP3100主控具有可通過(guò)Gateway后臺(tái)軟件進(jìn)行遠(yuǎn)程操控，并可設(shè)置為不同狀態(tài)的硬件端口，以及大量與機(jī)組故障診斷有關(guān)的可修改參數(shù)，極大地方便了遠(yuǎn)程及現(xiàn)場(chǎng)的故障診斷。例如，判斷機(jī)組的“異常振動(dòng)”是否與并網(wǎng)后有關(guān)。故障檢查時(shí)，需要暫時(shí)甩開(kāi)變頻器，讓機(jī)組在不同轉(zhuǎn)速下空轉(zhuǎn)運(yùn)行。對(duì)于WP3100主控，只需修改相關(guān)參數(shù)，改變相應(yīng)的主控硬件端口狀態(tài)，屏蔽相關(guān)狀態(tài)碼，就能實(shí)現(xiàn)不同轉(zhuǎn)速下的機(jī)組空轉(zhuǎn)運(yùn)行，很容易判斷出機(jī)組振動(dòng)是否與并網(wǎng)加載有關(guān)，給遠(yuǎn)程故障檢查和判斷帶來(lái)了方便。

　　

　　在風(fēng)電場(chǎng)的集控室，或遠(yuǎn)程控制中心，還可以修改主控參數(shù)與操作變頻器的調(diào)試軟件相結(jié)合，實(shí)現(xiàn)對(duì)雙饋機(jī)組變頻器的疑難故障診斷；進(jìn)行遠(yuǎn)程技術(shù)指導(dǎo)，協(xié)助現(xiàn)場(chǎng)人員判斷變頻器故障和發(fā)電機(jī)故障等。

　　

　　其次，在滿(mǎn)足機(jī)組及部件安全的條件下，通過(guò)主控參數(shù)修改、故障屏蔽和容錯(cuò)技術(shù)等手段實(shí)現(xiàn)機(jī)組的容錯(cuò)運(yùn)行[7]。

　　

　　實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程指揮現(xiàn)場(chǎng)、技術(shù)指導(dǎo)、故障診斷與容錯(cuò)運(yùn)行的必要條件：

　　

　　第一，對(duì)主控系統(tǒng)、后臺(tái)SCADA軟件和變頻器的特殊要求。

　　

　　如通過(guò)遠(yuǎn)程VPN登陸，或手機(jī)APP上網(wǎng)，為保證符合相關(guān)規(guī)定及機(jī)組安全。主控軟件應(yīng)具有完善的登陸權(quán)限設(shè)置，能實(shí)現(xiàn)多級(jí)權(quán)限管理；能通過(guò)遠(yuǎn)程操控主控輸入輸出端口的狀態(tài)，修改參數(shù)和屏蔽故障等；在SCADA后臺(tái)軟件上，設(shè)計(jì)由便于指揮現(xiàn)場(chǎng)的操作界面；獨(dú)立于風(fēng)電場(chǎng)SCADA環(huán)網(wǎng)通訊之外，變頻器能單獨(dú)通過(guò)環(huán)網(wǎng)通信接到集控室，或遠(yuǎn)程控制中心，能通過(guò)變頻器調(diào)試軟件實(shí)現(xiàn)對(duì)變頻器遠(yuǎn)程操控，查看故障、勵(lì)磁和并網(wǎng)等。

　　

　　第二，在產(chǎn)品設(shè)計(jì)上，采用冗余設(shè)計(jì)，有充分的余量。

　　

　　在設(shè)計(jì)時(shí)，機(jī)組應(yīng)有多重保護(hù)和冗余的硬件設(shè)置。如：每臺(tái)機(jī)組安裝兩個(gè)風(fēng)速儀、兩個(gè)風(fēng)向標(biāo)，每支葉片均有兩個(gè)檢測(cè)葉片角度的編碼器等。當(dāng)兩傳感器中的一個(gè)出現(xiàn)故障后，便于采用修改參數(shù)容錯(cuò)，使機(jī)組恢復(fù)運(yùn)行。

　　

　　第三，采用軟件和硬件容錯(cuò)技術(shù)進(jìn)行產(chǎn)品設(shè)計(jì)[7]，機(jī)組故障停機(jī)后，利用容錯(cuò)技術(shù)恢復(fù)機(jī)組運(yùn)行。

　　

　　為加強(qiáng)現(xiàn)場(chǎng)管理，彌補(bǔ)現(xiàn)場(chǎng)技術(shù)力量薄弱的不足。在完善權(quán)限管理及安全管理的基礎(chǔ)上，通過(guò)互聯(lián)網(wǎng)或手機(jī)APP實(shí)現(xiàn)機(jī)組的遠(yuǎn)程故障診斷與容錯(cuò)運(yùn)行，對(duì)偏遠(yuǎn)陸地，尤其是海上機(jī)組具有重要的意義。

　　

　　1.4 國(guó)產(chǎn)主控系統(tǒng)存在的一些問(wèn)題

　　

　　目前，國(guó)產(chǎn)風(fēng)電機(jī)組主控系統(tǒng)大都采用整機(jī)廠家自主開(kāi)發(fā)的PLC主控。硬件普遍采用國(guó)外通用PLC工業(yè)控制器，如：倍福、西門(mén)子、巴赫曼、丹控和橫河等。在硬件廠家提供的基礎(chǔ)軟件上，或利用國(guó)外軟件公司的通用PLC操作系統(tǒng)，很便捷地進(jìn)行PLC編程就能開(kāi)發(fā)出風(fēng)電機(jī)組主控系統(tǒng)，省去了主控硬件和基礎(chǔ)軟件開(kāi)發(fā)。主控開(kāi)發(fā)工作主要就集中在利用通用PLC編程上，仿照成熟專(zhuān)業(yè)的主控系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)機(jī)組的基本控制功能；利用最新研究成果，實(shí)現(xiàn)機(jī)組的“人工智能”和 “超感知”能力，等等。這極大地方便了主控開(kāi)發(fā)，縮短了不斷滿(mǎn)足業(yè)主、電網(wǎng)特殊需求及風(fēng)電高端產(chǎn)品開(kāi)發(fā)的時(shí)間。

　　

　　然而，我國(guó)的風(fēng)電行業(yè)發(fā)展較晚，國(guó)產(chǎn)主控系統(tǒng)開(kāi)發(fā)更晚，缺乏風(fēng)電場(chǎng)實(shí)踐和風(fēng)電機(jī)組的長(zhǎng)期運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)，研發(fā)人員不能把更多的機(jī)組運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)和維護(hù)維修經(jīng)驗(yàn)匯集其中。盡管通用PLC工業(yè)控制器生產(chǎn)的主控系統(tǒng)，大都能滿(mǎn)足機(jī)組的控制要求，但是，主控硬件和基礎(chǔ)軟件都是通用產(chǎn)品，并非專(zhuān)為風(fēng)電機(jī)組設(shè)計(jì)，不能與風(fēng)電機(jī)組及現(xiàn)場(chǎng)運(yùn)維的特殊要求很好地契合。與國(guó)際知名風(fēng)電企業(yè)的專(zhuān)業(yè)風(fēng)電機(jī)組主控系統(tǒng)相比，在重要信息采集與存儲(chǔ)；抗干擾能力；報(bào)故障準(zhǔn)確；現(xiàn)場(chǎng)維修方便；通過(guò)主控進(jìn)行遠(yuǎn)程故障診斷與處理，以及通過(guò)良好的控制策略保護(hù)機(jī)組關(guān)鍵部件等諸多方面還存在著差距。還不能充分滿(mǎn)足風(fēng)電場(chǎng)機(jī)組維修和定期維護(hù)的需要。

　　

　　隨著PLC控制器硬件的技術(shù)進(jìn)步，處理能力不斷增強(qiáng)，業(yè)內(nèi)普遍對(duì)主控控制策略及“智能化”方面關(guān)注度較高，把適應(yīng)電網(wǎng)的“低穿”、“高穿”功能和業(yè)主的某些特殊要求放在首位。這也促使了國(guó)產(chǎn)機(jī)組的主控軟硬件不斷升級(jí)改造，而在風(fēng)電機(jī)組故障處理與機(jī)組維護(hù)要求方面，往往被忽視或考慮不足。

　　

　　有的風(fēng)電場(chǎng)自機(jī)組投運(yùn)以來(lái)，已經(jīng)歷了兩次、甚至3次的主控系統(tǒng)更換。因業(yè)主和電網(wǎng)的特殊要求。國(guó)產(chǎn)主控的軟件更新更快，同一主控系統(tǒng)其軟件版本多種多樣，以至于一個(gè)風(fēng)電項(xiàng)目就有一個(gè)主控軟件版本。這樣，無(wú)法保證不同風(fēng)電機(jī)組主控參數(shù)設(shè)置的個(gè)性，很能讓機(jī)組設(shè)置到最佳狀態(tài)。機(jī)組運(yùn)行數(shù)據(jù)失去了有效性和連續(xù)性，不利于對(duì)運(yùn)行機(jī)組實(shí)施長(zhǎng)期的系統(tǒng)分析和現(xiàn)場(chǎng)經(jīng)驗(yàn)的總結(jié)，對(duì)主控系統(tǒng)的后期完善也極為不利。

　　

　　從國(guó)產(chǎn)主控開(kāi)發(fā)的現(xiàn)狀來(lái)看，我國(guó)風(fēng)電企業(yè)對(duì)專(zhuān)用的風(fēng)電機(jī)組主控硬件開(kāi)發(fā)和專(zhuān)用主控基礎(chǔ)軟件的研究幾乎還是空白，缺乏對(duì)風(fēng)電主控的深入研究。國(guó)產(chǎn)主控系統(tǒng)生產(chǎn)廠家還需汲取國(guó)外專(zhuān)業(yè)主控廠家的先進(jìn)經(jīng)驗(yàn)，在機(jī)組的長(zhǎng)期運(yùn)行和現(xiàn)場(chǎng)維修維護(hù)中，不斷地總結(jié)經(jīng)驗(yàn)，生產(chǎn)出適合現(xiàn)場(chǎng)運(yùn)維的高質(zhì)量主控。

　　

　　2利用在線(xiàn)狀態(tài)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)協(xié)助現(xiàn)場(chǎng)運(yùn)維

　　

　　如今國(guó)內(nèi)對(duì)采用狀態(tài)監(jiān)測(cè)進(jìn)行故障診斷的研究較多。利用專(zhuān)門(mén)的在線(xiàn)檢測(cè)傳感器、主控系統(tǒng)，或SCADA后臺(tái)軟件所采集到的數(shù)據(jù)，監(jiān)測(cè)傳動(dòng)系統(tǒng)、發(fā)電機(jī)系統(tǒng)等的內(nèi)部故障，優(yōu)化維修策略、減少非計(jì)劃停機(jī)次數(shù)和降低機(jī)組的運(yùn)行維護(hù)費(fèi)用等。在線(xiàn)狀態(tài)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)能對(duì)系統(tǒng)的各種機(jī)械參數(shù)和電氣參數(shù)等進(jìn)行監(jiān)測(cè)，并將采集到的數(shù)據(jù)進(jìn)行分析處理，從而正確定位各系統(tǒng)的故障[8]，及時(shí)判斷部件存在的問(wèn)題和隱患。通過(guò)油液監(jiān)測(cè)、振動(dòng)監(jiān)測(cè)、溫度監(jiān)測(cè)、應(yīng)變力監(jiān)測(cè)等。對(duì)主軸、齒輪箱、發(fā)電機(jī)變頻器、葉片和螺栓等部件進(jìn)行監(jiān)測(cè)［9-11］。

　　

　　風(fēng)電機(jī)組故障原因復(fù)雜，故障原因和故障機(jī)理之間存在著極大的不確定性，可通過(guò)人工智能的方法來(lái)診斷機(jī)組的故障，因此，故障診斷方法可以分為兩大類(lèi)：基于數(shù)學(xué)模型的方法；基于人工智能的方法 [12]。還可以利用狀態(tài)監(jiān)測(cè)進(jìn)行故障診斷以及風(fēng)電機(jī)組預(yù)防性機(jī)會(huì)維修策略[13]等，在線(xiàn)狀態(tài)檢測(cè)系統(tǒng)與現(xiàn)場(chǎng)機(jī)組維修與定期維護(hù)配合，不斷通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)踐得到驗(yàn)證和經(jīng)驗(yàn)總結(jié)，給現(xiàn)場(chǎng)運(yùn)維以輔助。

　　

　　3結(jié)語(yǔ)

　　

　　隨著風(fēng)電技術(shù)的進(jìn)步，機(jī)組結(jié)構(gòu)越來(lái)越復(fù)雜，機(jī)型多種多樣，現(xiàn)場(chǎng)維修和定期檢修所遇到的問(wèn)題千變?nèi)f化，隨機(jī)性很大，也極端復(fù)雜。不少問(wèn)題需要深入現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際；依據(jù)現(xiàn)場(chǎng)的具體情況，具體問(wèn)題具體分析；根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)需要和經(jīng)驗(yàn)，及時(shí)收集相關(guān)信息。也只有這樣，才能使現(xiàn)場(chǎng)問(wèn)題得到及時(shí)、準(zhǔn)確、有效地解決，使降低運(yùn)維成本、提高發(fā)電量的具體措施落到實(shí)處。主控系統(tǒng)對(duì)現(xiàn)場(chǎng)運(yùn)維有著的重要作用，采取有效措施使國(guó)產(chǎn)主控系統(tǒng)更好地滿(mǎn)足現(xiàn)場(chǎng)維修和定期維護(hù)的需要。實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程故障診斷與處理，彌補(bǔ)現(xiàn)場(chǎng)技術(shù)力量薄弱的不足，達(dá)到降低運(yùn)維成本，提高發(fā)電量的目的。

　　

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　　原標(biāo)題:風(fēng)電運(yùn)維| 主控系統(tǒng)在風(fēng)電運(yùn)維中的重要作用