BECKHOFF可編程自動控制器PAC 在風電變流器中的應用

摘要：本文著重論述了德國BECKHOFF新一代嵌入是PC的新特點，以及在九洲PowerWinVert-A型風電變流器中的應用。 關(guān)鍵字：嵌入式系統(tǒng) 可編程自動控制器 現(xiàn)場總線 變流器 1.引言          在建立控制系統(tǒng)時，系統(tǒng)集成商毫無例外地總是希望能使用比較少的設備來實現(xiàn)更多的功能。他們需要控制系統(tǒng)不僅能處理數(shù)字I/O和運動，而且還可以集成用于自動化監(jiān)控和測試的視覺功能和模塊化儀器。此外，控制系統(tǒng)還必須能實時地處理控制算法和分析任務并把數(shù)據(jù)傳送回企業(yè)。您是否能同時擁有PC的功能和PLC（可編程控制器）的可靠性嗎？         倍福公司設計可編程自動控制器（PAC）,就是這樣一個的平臺,他是一種新類型的控制器，該控制器結(jié)合了PC的處理器、RAM和軟件的優(yōu)勢，以及PLC固有的可靠性、堅固性和分布特性.正逐漸占領自動化領域。          基于以上特點,在我們設計的PowerWinVert-A風電變流器中選擇了倍福的PAC做為信號采集，控制與遠程通訊的平臺。.         九洲公司的PowerWinVert-A型風電變流器采用了獨特的輸入切分技術(shù)、優(yōu)化的PWM多重化疊加技術(shù)、可靠的無焊接IGBT技術(shù)、高效的橋式逆變技術(shù)、先進的光纖傳送技術(shù)、完善的過流過壓保護技術(shù)、連續(xù)波形變換技術(shù)以及遠程通訊控制技術(shù)等，匯集了國際同類產(chǎn)品優(yōu)點，是完全按照中國國情及風電機組、電網(wǎng)輸配電等要求而開發(fā)的新一代風電變換產(chǎn)品。 2.PAC硬件簡介 2.1系統(tǒng)構(gòu)成 一個完整的PAC系統(tǒng)包括以下幾種模塊組成（但不是每種都必須有）： 基本CPU模塊。 系統(tǒng)接口模塊。 電源和IO接口模塊。 現(xiàn)場總線模塊。 數(shù)字量和模擬量采集模塊， UPS模塊。

圖1:倍福PAC系統(tǒng)外觀圖 2.2CPU模塊 存儲器選配:64M字節(jié)閃存 128M字節(jié)RAM。 DVI/USB選配:選帶或不帶DVI/USB接口模塊。 操作系統(tǒng)選配:WindowsCE.NET。 WindowsXP嵌入式(要求CF卡)。 TwinCAT實時PLC選配: 不帶TwinCAT。 TwinCATCEPLC或TwinCATPLC(取決于操作系統(tǒng))。 TwinCATCENC或TwinCATNC(取決于操作系統(tǒng))。 2.3接口模塊 顯示器和觸摸屏接口: DVI:視頻信號通過標準的DVI連接到顯示器上。USB:可連接觸摸屏或鼠標,鍵盤,掃描儀,打印機,CD-ROM讀寫器 高速度232接口：最大傳輸速率115K 音頻信號接口：主要提供音頻輸入輸出接口。 視頻信號接口：主要提供視頻輸入輸出接口。 3．九洲PowerWinVert-A型風電變流器主電路工作原理

圖2PowerWinVert-A型風電變流器主電路拓撲結(jié)構(gòu) 我們選用的是不可控整流 升壓斬波 SPWM逆變的電路結(jié)構(gòu) 3.1主電路結(jié)構(gòu)說明         發(fā)電機使用的是永磁同步發(fā)電機，采用六相不可控整流橋?qū)ζ溥M行12脈沖整流，在輸出端并上電容進行穩(wěn)壓，減小直流脈動?？紤]到電流波形畸變和發(fā)電機內(nèi)感的存在，在發(fā)電機輸出端并上無功補償電容，提高發(fā)電機的功率因數(shù)和利用效率。在中間直流環(huán)節(jié)，采用升壓斬波電路。在逆變環(huán)節(jié)，采用兩個SPWM逆變橋通過濾波電抗并聯(lián)的形式，以減小每個IGBT通過的電流大小，還能在一定的控制方法配合下防止連個逆變器輸出電流不等從而防止環(huán)流問題出現(xiàn)。另外，為了防止直流母線電壓過高損壞器件，加入了直流母線鉗位電路；為了電路開始運行對電容充電電流過大，加入了電容的預充電支路，同時該支路還保證發(fā)電機沒工作時的直流母線側(cè)上也有電壓，能對電網(wǎng)進行無功率補償。 3.2工作原理         隨著風速的變化，風輪的轉(zhuǎn)速也在變化，因此發(fā)電機發(fā)出的交流電的電壓和頻率是不斷變化的，該變壓變頻的交流點經(jīng)過AC-DC變換后變?yōu)榱朔炔粩嘧兓闹绷麟?，然后?jīng)過升壓斬波穩(wěn)壓后轉(zhuǎn)化為電壓幅值穩(wěn)定而電流大小隨風速度不斷變化的直流電，再經(jīng)過SPWM逆變器，變成了與電網(wǎng)相位頻率相同，輸出電壓隨風速不斷變化且略高于電網(wǎng)電壓的三相交流電，最后經(jīng)過濾波電抗器并網(wǎng)，輸出電壓高與電網(wǎng)部分降在濾波電抗器上，從而完成了直驅(qū)并網(wǎng)型風力發(fā)電機變流電路將變頻變壓交流電轉(zhuǎn)化為能并網(wǎng)的交流電的任務。 4 倍福PAC在變流器中的應用

圖3：倍福PAC在變流器中的應用框圖 4.1系統(tǒng)介紹         整個系統(tǒng)可以實現(xiàn)對變流器運行的全方位監(jiān)控，其中以太網(wǎng)門接口用于連接風場集中控制站，交換機2可以實現(xiàn)與其他變流器的信息互聯(lián)。觸摸屏用于本地變流器狀態(tài)信息的查看和設置，主控器通過Prifibus總線與變流器PLC，機艙PLC，低壓PLC的連接，具體負責現(xiàn)場各點的模擬量與數(shù)字量的采集和控制。 4.2主控制器部分 作為現(xiàn)場總線的主站，負責系統(tǒng)的整體控制，主要由以下幾部分組成 CX1020-0111：CPU模塊，帶以太網(wǎng)接口和USB/DVI接口。 CX1020-0002：電源模塊。 CX1500-M310:現(xiàn)場總線主站 4.3變流器PLC部分 作為現(xiàn)場總線的從站，負責變流器功率控制電路模擬量和開關(guān)量的采集和控制，主要有以部分組成： BK3150：現(xiàn)場總線耦合器。 KL9210：電源模塊。 KL1104：數(shù)字量輸入模塊。 KL2134:數(shù)字量輸出模塊。 KL6904：數(shù)字量輸出模塊，安全端子。 KL1904：數(shù)字量輸入模塊，安全端子。 KL3404：模擬量輸入模塊。 KL4032：模擬量輸出模塊。 KL9010：總線末端模塊。 4．4低壓PLC部分          作為現(xiàn)場總線的從站，負責變流器低壓電器部分（空氣開關(guān)，斷路器等）模擬量和開關(guān)量的采集和控制，在數(shù)字量與模擬量模塊的數(shù)量上與變流器PLC有所區(qū)別。

圖4：應用于PowerWinVert-A型風電變流器中的倍福PAC實物圖 ５小結(jié)           BACKHOFFPAC系統(tǒng)已經(jīng)在本公司研發(fā)的PowerWinVert-A型風電變流器中成功應用，并取得了良好的效果。隨著自動化技術(shù)的發(fā)展，倍福的PAC一定會得到更加廣泛的應用。