隨著我國能源發展戰略的實施，國內風電設備市場逐年擴大。在國家發改委制定的《風力發電中長期發展規劃》中明確指出，到2010年底，全國風電總裝機規模達到400萬kW；到2015年底，全國風電總裝機規模達到1000萬kW；到2020年底，全國風電總裝機規模達到2000萬kW。

　　國家電力監管委員會2007年7月17日公布《電網企業全額收購可再生能源電量監管辦法》，賦予國家電監會監管電網企業全額收購其電網覆蓋范圍內可再生能源并網發電項目的權力。于2007年9月1日起施行。

　　國家政策的支持、巨大的市場空間促使國內風電產業異常活躍。已有40多家企業明確表示將涉足風力發電設備制造。

　　1. 概述

　　ABB作為全球工控產品重要的供應商之一，可以為各行業提供種類齊全的控制自動化產品。與全球主要風機制造商多年的合作經驗，使ABB可以提供風機功率回路和控制回路的全套產品，形成了ABB獨有的、經過優化的專為風電行業設計的控制自動化產品。下面就ABB控制自動化產品在風力發電機組控制系統中的應用進行介紹。

　　2. 用ABB AC31 90系列可編程控制器（PLC）構成高性能的控制器網絡

　　控制器是整個電控系統的核心，其主要任務是控制風機根據風能的變化調整輸出，以及風機在運行過程中的各種數據檢測、系統保護、通訊等功能。MW級風力發電機組控制系統的特點是：

　　點數不多：

　　整個控制系統的輸入輸出點數并不多，一般不多于300點。

　　數據計算量大：

　　MW級風機電控系統的雙饋調速系統及電動變槳系統數學模型結構復雜、計算精度高；遠程監控系統、故障檢測及自復位功能的應用使控制器的數據計算量很大。由于同一時間不同優先級事件的存在，控制器必須按照事件的重要程度執行不同的掃描周期。

　　這些特點要求控制器具備高速度、支持多優先級多任務程序結構、支持高級算法等功能。此外，為保證系統各控制器與變頻設備之間通訊的可靠性及實時性，控制器還必須支持現場總線及遠程監控使用的工業以太網通訊。ABB公司的緊湊型控制系統AC31

　　90系列PLC可用于復雜控制功能的應用，運算速度可達0.07

　　ms/kB指令，支持IEC61131-3標準的編程,編程界面簡潔友好,并且實現分布式擴展簡單快捷，有多達5個集成的通訊接口（Modbus、TCP/IP、Profibus、DeviceNet、CanOpen）用于開放的通訊方式，I/O擴展數量多達1040點開關量/232點模擬量。

圖1 AC1131編程界面

　　圖2是用ABB AC3190系列的KT98和KT97可編程控制器（PLC）構成的MW級風機電控系統控制器拓撲結構圖。圖2 ABB AC310系列PLC組成的風機電控系統控制器網絡

　　使用2臺KT98分別作為機艙控制器和變槳控制器，1臺KT97作為主控制器。這3個控制器的主要功能為：

　　機艙控制器：負責處理各傳感器（含風速風向儀）、輸入輸出點的信號采集、雙饋變頻器給定計算、以及同雙饋變頻器、變槳控制器、主控制器之間的數據通訊。

　　變槳控制器：處理變槳系統信號采集、負責進行變槳系統計算，生成變槳變頻器給定，負責與變槳變頻器及機艙控制器、主控制器之間的數據通訊。

　　主控制器：負責同機艙控制器、變槳控制器之間進行以太網通訊；遠程監控系統通訊、以及塔筒底部的信號采集。

　　3個控制器之間采用以太網通訊，保證了通訊速率。控制器與變頻器之間采用CAN總線通訊，速率可達1Mbyte/s。保證速率的前提下，通訊可靠性也得到了提高。這樣構成的控制結構具有分工明確、實時性強、穩定可靠的特點。

　　3. 用ABB AF系列接觸器解決并網穩定性問題

　　風力發電機所發出的電能通過接觸器并入電網。由于風能的大小、方向變化的多樣性及不確定性，造成風機負載波動頻繁，加之風電場多建在電網相對較弱的邊遠地區，在這種情況下，極易出現風機誤并網、誤解列給電控系統及機械結構帶來嚴重的損害。因此，必須選用可靠的并網接觸器將所發電能并入電網。

　　一般接觸器通過線圈控制開合，這樣當系統線路出現誤動作時，接觸器也將出現誤動作，風機被誤并網。ABB的AF接觸器（AF400 – AF2050）可以使用輸入信號（如：來自PLC）控制接觸器開閉，而線圈動作所需的能量由另外的電路供給（230VAC或24VDC）。要使接觸器閉合必須同時滿足：線圈通電和輸入信號。

　　普通接觸器（如圖3），在A1和A2之間加以要求的電壓之后，觸點即閉合，抗誤并網能力差。

圖3 普通接觸器接線圖

　　ABB AF系列（AF400 – AF2050）接觸器，只有在當A1與A2之間加以要求的電壓，同時，PLC信號接通的情況下才能閉合。這樣并網條件增加到2個，可提高抗誤并網能力。

圖4 AF系列（AF400 - AF1650）接觸器接線圖

　　另外，ABB AF系列（AF400 – AF2050）接觸器還具備適應風電場電網條件的獨有性能：可在線圈線路故障后20ms內維持閉合，線圈操作電壓可以低至額定電壓的25%。這些性能，對于風電場所處的弱電網是至關重要的。

　　4. 用ABB機械鎖WB75A解決變槳系統備用電源穩定性問題

　　在電網突然掉電的情況下，變槳系統使用備用電源（電池組或超級電容組）將葉片旋轉到順槳位置，以保證風機在電網停電狀態下，吸收最小風能，保證設備安全。同時備用電源還必須支撐整個控制系統的傳感器和控制器直流回路運轉一定時間，以記錄必要的數據。帶備用電源的變槳系統的簡單示意圖如圖5：

　　正常工作時，由交流電源給變槳系統供電，即K1閉合，此時備用電源接觸器K2也處于閉合狀態。電網掉電（電網故障）發生后，接觸器K1斷開，備用電源自動切入，維持變槳系統工作。此時，如果系統由于干擾或其他原因造成接觸器K2意外打開，整個風機將完全“停電”，即使備用電源電量充足，也無法自動切入，風機與遠程監控系統失去聯系，葉片停留在工作位置，風機空載。如果此時出現大風，風機極有可能因為空載超速而損壞。

　　為保證風機備用電源系統安全穩定工作，可以給接觸器K2加裝機械鎖。接觸器K2閉合后，機械鎖將其鎖定。接觸器不會因為線圈掉電而斷開，而當需要將接觸器K2斷開時，可經由變槳控制器給出脈沖信號至圖中E1，將接觸器斷開。這樣就保證了變槳系統安全穩定的工作。

　　機械鎖WB75A（如圖6）是Across the line系列接觸器的可選附件，可以安裝在接觸器的上表面，防止接觸器意外斷開。

圖6 機械鎖

5. 用種類齊全的ABB控制自動化產品構成控制系統的輔助回路

　　ABB低壓產品種類齊全，可根據需要，選用合適的產品。ABB S260系列微型斷路器可作為各支路的線路保護，BB GS260系列剩余電流動作斷路器可作為插座線路保護。因風電安裝場合氣候條件惡劣，變槳控制柜內需要安裝加熱元件防止溫度變化時可能產生凝露。由于變槳控制柜空間密閉，不適合安裝由風扇進行散熱類型的加熱器；而板式加熱器面積大，可通過自身面積散熱達到理想效果，控制柜內溫差小。ABB的板式加熱器，就適合用于密閉的變槳控制柜內。

　　其他諸如傳感器、按鈕開關、插座、急停按鈕等，都可在ABB控制自動化產品中找到合適的產品，這里不做詳細論述。

　　6. ABB低壓產品在國內風電場的應用情況

　　目前，ABB公司開發的AF系列接觸器、機械鎖及可編程控制器、空氣斷路器等低壓產品已在國內廣泛應用于內蒙古、山東、吉林、江蘇、黑龍江等地風電場，經過實際應用檢驗，應用效果很好，其產品穩定的質量、突出的性能表現更是得到了用戶的贊譽。