BECKHOFF可编程自动控制器PAC 在风电变流器中的应用

摘要：本文着重论述了德国BECKHOFF新一代嵌入是PC的新特点，以及在九洲PowerWinVert-A型风电变流器中的应用。 关键字：嵌入式系统 可编程自动控制器 现场总线 变流器 1.引言          在建立控制系统时，系统集成商毫无例外地总是希望能使用比较少的设备来实现更多的功能。他们需要控制系统不仅能处理数字I/O和运动，而且还可以集成用于自动化监控和测试的视觉功能和模块化仪器。此外，控制系统还必须能实时地处理控制算法和分析任务并把数据传送回企业。您是否能同时拥有PC的功能和PLC（可编程控制器）的可靠性吗？         倍福公司设计可编程自动控制器（PAC）,就是这样一个的平台,他是一种新类型的控制器，该控制器结合了PC的处理器、RAM和软件的优势，以及PLC固有的可靠性、坚固性和分布特性.正逐渐占领自动化领域。          基于以上特点,在我们设计的PowerWinVert-A风电变流器中选择了倍福的PAC做为信号采集，控制与远程通讯的平台。.         九洲公司的PowerWinVert-A型风电变流器采用了独特的输入切分技术、优化的PWM多重化叠加技术、可靠的无焊接IGBT技术、高效的桥式逆变技术、先进的光纤传送技术、完善的过流过压保护技术、连续波形变换技术以及远程通讯控制技术等，汇集了国际同类产品优点，是完全按照中国国情及风电机组、电网输配电等要求而开发的新一代风电变换产品。 2.PAC硬件简介 2.1系统构成 一个完整的PAC系统包括以下几种模块组成（但不是每种都必须有）： 基本CPU模块。 系统接口模块。 电源和IO接口模块。 现场总线模块。 数字量和模拟量采集模块， UPS模块。

图1:倍福PAC系统外观图 2.2CPU模块 存储器选配:64M字节闪存 128M字节RAM。 DVI/USB选配:选带或不带DVI/USB接口模块。 操作系统选配:WindowsCE.NET。 WindowsXP嵌入式(要求CF卡)。 TwinCAT实时PLC选配: 不带TwinCAT。 TwinCATCEPLC或TwinCATPLC(取决于操作系统)。 TwinCATCENC或TwinCATNC(取决于操作系统)。 2.3接口模块 显示器和触摸屏接口: DVI:视频信号通过标准的DVI连接到显示器上。USB:可连接触摸屏或鼠标,键盘,扫描仪,打印机,CD-ROM读写器 高速度232接口：最大传输速率115K 音频信号接口：主要提供音频输入输出接口。 视频信号接口：主要提供视频输入输出接口。 3．九洲PowerWinVert-A型风电变流器主电路工作原理

图2PowerWinVert-A型风电变流器主电路拓扑结构 我们选用的是不可控整流 升压斩波 SPWM逆变的电路结构 3.1主电路结构说明         发电机使用的是永磁同步发电机，采用六相不可控整流桥对其进行12脉冲整流，在输出端并上电容进行稳压，减小直流脉动。考虑到电流波形畸变和发电机内感的存在，在发电机输出端并上无功补偿电容，提高发电机的功率因数和利用效率。在中间直流环节，采用升压斩波电路。在逆变环节，采用两个SPWM逆变桥通过滤波电抗并联的形式，以减小每个IGBT通过的电流大小，还能在一定的控制方法配合下防止连个逆变器输出电流不等从而防止环流问题出现。另外，为了防止直流母线电压过高损坏器件，加入了直流母线钳位电路；为了电路开始运行对电容充电电流过大，加入了电容的预充电支路，同时该支路还保证发电机没工作时的直流母线侧上也有电压，能对电网进行无功率补偿。 3.2工作原理         随着风速的变化，风轮的转速也在变化，因此发电机发出的交流电的电压和频率是不断变化的，该变压变频的交流点经过AC-DC变换后变为了幅度不断变化的直流电，然后经过升压斩波稳压后转化为电压幅值稳定而电流大小随风速度不断变化的直流电，再经过SPWM逆变器，变成了与电网相位频率相同，输出电压随风速不断变化且略高于电网电压的三相交流电，最后经过滤波电抗器并网，输出电压高与电网部分降在滤波电抗器上，从而完成了直驱并网型风力发电机变流电路将变频变压交流电转化为能并网的交流电的任务。 4 倍福PAC在变流器中的应用

图3：倍福PAC在变流器中的应用框图 4.1系统介绍         整个系统可以实现对变流器运行的全方位监控，其中以太网门接口用于连接风场集中控制站，交换机2可以实现与其他变流器的信息互联。触摸屏用于本地变流器状态信息的查看和设置，主控器通过Prifibus总线与变流器PLC，机舱PLC，低压PLC的连接，具体负责现场各点的模拟量与数字量的采集和控制。 4.2主控制器部分 作为现场总线的主站，负责系统的整体控制，主要由以下几部分组成 CX1020-0111：CPU模块，带以太网接口和USB/DVI接口。 CX1020-0002：电源模块。 CX1500-M310:现场总线主站 4.3变流器PLC部分 作为现场总线的从站，负责变流器功率控制电路模拟量和开关量的采集和控制，主要有以部分组成： BK3150：现场总线耦合器。 KL9210：电源模块。 KL1104：数字量输入模块。 KL2134:数字量输出模块。 KL6904：数字量输出模块，安全端子。 KL1904：数字量输入模块，安全端子。 KL3404：模拟量输入模块。 KL4032：模拟量输出模块。 KL9010：总线末端模块。 4．4低压PLC部分          作为现场总线的从站，负责变流器低压电器部分（空气开关，断路器等）模拟量和开关量的采集和控制，在数字量与模拟量模块的数量上与变流器PLC有所区别。

图4：应用于PowerWinVert-A型风电变流器中的倍福PAC实物图 ５小结           BACKHOFFPAC系统已经在本公司研发的PowerWinVert-A型风电变流器中成功应用，并取得了良好的效果。随着自动化技术的发展，倍福的PAC一定会得到更加广泛的应用。