东方电气风电股份有限公司设计工程师系统架构师刘利文:紧跟风电产业发展趋势,坚定推进主控PLC国产化应用

能见App 2023年10月18日 4085

2023年10月16日-19日,2023北京国际风能大会暨展览会(CWP2023)在北京如约召开。作为全球风电行业年度最大的盛会之一,这场由百余名演讲嘉宾和数千名国内外参会代表共同参与的风能盛会,再次登陆北京,聚焦中国能源革命的未来。

本届大会以“构筑全球稳定供应链 共建能源转型新未来”为主题,将历时四天,包括开幕式、主旨发言、高峰对话、创新剧场以及关于“全球风电产业布局及供应链安全”“双碳时代下的风电技术发展前景”“国际风电市场发展动态及投资机会”“风电机组可靠性论坛”等不同主题的21个分论坛。能见App全程直播本次大会。

10月18日下午,东方电气风电股份有限公司设计工程师系统架构师刘利文在风电产业技术创新论坛II上发表题为《紧跟风电产业发展趋势,坚定推进主控PLC国产化应用》的主题演讲。

以下为发言全文:

各位专家大家好,今天我分享的主题是《紧跟风电产业发展趋势,坚定推进主控PLC国产化应用》。

前言,我国在全球气候变暖,能源减排体现出负责任大国的态度,提出“3060”的目标,促进新时代新能源高质量发展的实施方案。风电相较于其他的可再生能源具有低碳排放特性,双碳政策也将使风电行业迎来跨越式发展。

风电产业的持续快速发展,势必带来PLC需求量增加,风机主控制器使用的是国外品牌,供应链依赖于国外,受到不确定因素的影响,我们交货也会带来一些影响。   

国产化需求,PLC主控制器是大脑,为了行业健康发展我们必须要把命脉掌握在自己的手中,深入实施创新发展战略,积极突破卡脖子技术。科技自立自强是强国之基,推动主控制器开发应用是大势所趋。

我所在的公司是东方电气集团二级子公司,并为东方电气高新技术产业,国家高新技术企业,打造国际一流综合解决方案提供商为目标,具有雄厚的技术实力,公司秉承创新驱动发展理念,坚定推动PLC国产化开发与利用。

国产化解决方案,风机主控制器相较于其他的行业有特殊性,满足要求有四点:严苛自运行关系、功能要求、性能要求、编程软件要求。

国产控制器适用范围是-30-65度,海拔4000米以下,可用于海上风电,整个控制器满足风电行业的应用。这是风机主控制器模块及性能(PPT),采用的是高性能CPU,操作系统国产操作系统,内存容量4G,控制器支持多任务运算,最快是500微秒。

国产控制器具备丰富的模块种类,可以供用户进行按需求选配。主要的模块可以满足风电行业需求,控制器具备丰富的通讯连接,支持标准网络协议,也支持RTU等通讯协议。

右边是风机主控制器与其他设备的通讯连接图(PPT),包含风机主控制器需要用到的主流通讯协议,国产控制器完全可以支持风机主控的需求,一个强大的控制器必须配备一个强大的编程软件,国产风机主控制器配备的编程软件,支持C61131-3标准,具备在线调试等功能,可用于故障分析和诊断,包含面向风电行业使用的专用库。

控制器具备维护简便的特性,CPU模块有指示灯,用户也可以查看系统日志的维护效率,便于维护升级。右边图展示的是国外电力能源行业,以及其他工业领域,曾多次发生因网络安全导致重大安全事故的发生。

网络安全对于保障电力系统的安全性是很重要的话题,而风机主控制器又是构建风电领域电力系统网络安全的很重要环节,我们的国产控制器CPU模块采用的是国产操作系统,相比于win系统具有安全性,同时具备安全保护功能。

以上是我对PLC软硬件平台的主要介绍,接下来介绍主控软件设计。

结合我们多年的软件开发经验,主控软件核心是三个方面:发电能力提升、控制安全性、电网适应性。

发电能力提升方面,在算法上采用成熟稳定的双PI核心算法,保证核心控制算法参数与风机匹配,充分发挥机组的性能。采用最优比控制,环境温度动态调整策略,根据转速策略,保证风机获得能量捕获。

风机发电效率相对于方向是呈正相关,根据这一特点采用计算方法,使它能够提高发电量。右边是计算方法上获得的发明专利,在北方地区机组停机后不能快速起机,针对这一特点采用低温空转齿轮箱油温升温速度,减少因油温低导致发电量损失的情况。

针对小风我们会提高发电量,对机组进行双模改造,全功率模式使机组运行更低的转速,使机组运行的时间更加长,进而提升发电量。

在安全性,用软件对风机进行建模,基于稳定的风机模型进行控制参数优化,确保风机载荷不超过设计。同时,我们也有针对性进行安全保护宏观逻辑设计,例如安全风机故障暗中程度和类型进行分组进行控制。

电网试运行方面,包括故障电压穿越,分为高低电压穿越等。我们主控系统协同变流器,可以满足电网的要求。故障电压穿越的软件设计有以下几点,快速采集电网数据,严格安全标准设置参数,在故障电压穿越期间,根据耐压值保障负荷。在电压恢复后,控制风机以不低于电网的速率进行恢复。

电网对风电场的调频动态指标,从上面指标可以看到要求还是比较高,风机常规控制难以满足调节时间、调节精度的要求,我们结合风机的理论,自主设计调频的控制算法。功率通过动态调节,设定转速和扭矩的方式进行储能控制,同时保证功率控制的精度,充分利用功能,并优化变桨算法,快速提升风能的吸收。

国产化改造应用,改造设计施工过程有针对性的设计解决方案,搭建风机模型,解决原系统存在的痛点,对原系统发电效率、安全性、电网适用性上做支撑,改善方案等,最后现场改造施工。右边图展示的是现场国产化改造实际效果图。

在风机改造后进行全面的安全保护测试和运行分析,结果和数据分析均正常。根据主控国产化改造后,机组整体运行稳定。采用的是自主设计,且经过批量的高低电压穿越,可满足电网试运营的要求,改为低电压穿越效果图。

风电是实现碳中和目标的主力军,双碳目标提出对风电行业是重大机遇,PLC提出的自主可控水平可以解决卡脖子问题,国产PLC是稳定性和安全性,可以针对需求做出快速的响应,服务本土化使技术支撑变的更加高效,高性价比的国产PLC优势更加凸显。我们公司坚持自主创新,坚定推动PLC开发与应用,助力双碳目标的实现。

我的分享到此结束,谢谢大家。

 

(根据演讲速记整理,未经演讲人审核)

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