风力发电技术及其新型风机电控系统的应用

及累计发电量和运行小时数。

中央控制系统设在控制室内，通过监视器可以了解到整个风场各台风力机的运行状况。中央控制系统除主机外，还有一套备用设备，可供主机故障时投入，可随时向人们提供所需的报告。

3 风电机组电控系统结构中的控制器应用

3.1 控制器是整个电控系统的核心

其主要任务是控制风机根据风能的变化调整输出，以及风机在运行过程中的各种数据检测、系统保护、通讯等功能。整个控制系统的输入输出点数并不多，一般不多于300点。如对MW级风力发电机组控制系统的特点是点数不多(整个控制系统的输入输出点数并不多，一般不多于300点)以及数据计算量大，尤其是远程监控系统、故障检测及自复位功能的应用使控制器的数据计算量很大。由于同一时间不同优先级事件的存在，控制器必须按照事件的重要程度执行不同的扫描周期。

这些特点要求控制器具备高速度、支持多优先级多任务程序结构、支持高级算法等功能。此外，为保证系统各控制器与变频设备之间通讯的可靠性及实时性，控制器还必须支持现场总线及远程监控使用的工业以太网通讯。

3.2 传统控制器的不足与问题的解决

迄今为止，控制器解决方案由大量的微控制器和专有的总线系统组成。市场上常见的风力发电机控制器的开发能力已经达到极限。在控制器、厂房生产计划系统和远程数据传输系统等各种功能单元的状况下，实现其接口互嵌是非常困难的。另外，传统的控制器仅仅提供有限的资源，只能够提供有限的监控和诊断功能。这必将无法满足风力发电机和生产厂商不断增长的需求。用户十分期待拥有更好的分析和诊断设备。尤其在应用于风力电场时，电网公司对灵活的网络管理和快速的反映时间有着高要求。

由于工控机提供的开发平台也是开放性的，它可以轻易地解决不断增长的、和外设相兼容的接口需求，是当今新型风电机组电控系统的理想选择。它能实现技术开发的首要目标，即达到提升发动机效能、减少载荷、增加操作便利性，从而减少成本、获取更多利润的目的。值此，以与嵌入式ARK3382无风扇工控机与KT98和KT97可编程控制器(PLC)为例作为风电机组电控系统的核心部件在风力发电中应用作介绍。

4 嵌入式无风扇工控机ARK3382型作为控制器在风力发电中的应用

当今作为自动化系统（如SCADA系统）是以计算机为基础基于工业以太网的生产过程控制与调度自动化系统。它可以对现场的运行设备进行监视和控制，以实现数据采集、设备控制、测量、参数调节以及各类信号报警等各项功能。各种采集信号及控制信号通过工业以太网汇总到其中最前端的数据汇总处理机——嵌入式无风扇工控机。

4.1 选择嵌入式无风扇工控机的原因

嵌入式工控机产品旨在为用户的开发应用提供更快速、更方便、更简单的解放方案。嵌入式设计、坚固的外壳、强大的计算技术，这些都保证了系统的稳定性和灵活性。该系列产品能满足用户对于强固、紧凑的工业计算平台的需求以及能够用于各种应用的内置I/O。其主要技术特征为：

⑴ 性能可靠

① 具有铝质外壳

如ARK3382系列产品的铝质外壳和散热片设计使系统不仅具有高散热性，而且具有高抗腐蚀性。这使设备在户外环境下运行时具有高可靠性。

② 无风扇设计

紧凑的嵌入式机箱没有任何风扇设备，如CPU风扇、系统风扇、电源风扇等。扩展MTBF设计极大减少了系统的维护需求。

③ 优化的内部线缆设计

对于一般嵌入式电扇而言，线缆用于连接接口与CPU板。内部线缆常常因线缆破损、连接不良或安装错误而导致系统故障。

⑵ 结构坚固

① 高抗冲击性和高抗振性

凭借其板载CPU、内存、内存和加固的接口，如ARK3382系列产品能够承载高达70G的冲击和7G的振动，并且符合MIL-STD-810F。此外，对于一些极易产生冲击与振动的环境，为了实现更好高抗冲击性和高抗振性，DRAM可以选择性被固定在某个位置。

② 超强散热设计

嵌入式工控机有散热管和铝质散热片，能够支持-40℃～+70℃的宽范围工作温度。

⑶ 易于安装

① 尺寸紧凑、体积簿、重量轻，因此能够节省工作空间。

② 为了满足多种应用需求，嵌入式工控机支持多种安装方式，如导轨式安装、壁挂式安装及桌面安装等。

概括此类嵌入式无风扇工控机的特征是小体积发挥大功用。以上也这就是为何嵌入式工控机成为更好选择的依据。由于嵌入式无风扇工控机是系列的产品，选择了研华ARK3382系列嵌入式工控机。

4.2 ARK3382嵌入式无风扇工控机为风力发电系统的前端——电控系统的核心应用

ARK3382可以提供4个以太网的接口，在前端可以汇集更多的数据，在网络方面可以采用链路聚合以及LAN Bvpass的网络技术（图2中黑色箭头所示），有效地提高了网络的传输效率和传输的可靠性。图2是ARK3382嵌入式无风扇工控机为风力发电系统的前端与网络技术应用示意框图。