PAC在风电变流器中的应用

PAC在风电变流器中的应用

教程来源：电子产品世界 作者：未知 点击：188 更新时间：2009-3-4 10:55:59 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。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，它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。 PAC

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

CPU模块

* 存储器选配: 64 M字节闪存 + 128 M字节 RAM 。 * DVI/USB 选配: 选带或不带 DVI/USB 接口模块 。 * 操作系统选配: Windows CE.NET。 Windows XP 嵌入式 (要求 CF 卡) 。 * TwinCAT 实时PLC选配: 不带 TwinCAT。

TwinCAT CE PLC 或 TwinCAT PLC (取决于操作系统)。 TwinCAT CE NC 或 TwinCAT NC (取决于操作系统)。 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RS-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。

九洲PowerWinVert-A型风电变流器主电路

图2 PowerWinVert-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

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。

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，该变压变频的交流电经过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。

倍福PAC在变流器中的应用

倍福PAC在变流器中的应用框图示于图3。

图3 倍福PAC在变流器中的应用框图

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。 主控制器

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 变流器PLC

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，主要有以下部分组成： * 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。 低压PLC

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

结语

BACKHOFF PAC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

PAC

PAC的概念是由ARC咨询集团的高级研究员Craig Resnick提出的，在谈到创造这个新名词的意义时，他认为，“PLC在市场相当活跃，而且发展良好，具很强的生命力。然而，PLC也正在许多方面不断改变，不断增加其魅力。自动化供应商正不断致力于PLC的开发，以迎合市场与用户需求。功能的增强促使新一代系统浮出水面。PAC基于开放的工业标准、

具多领域功能、通用的开放平台以及高性能。ARC创造了这个词，以帮助用户定义应用需要，帮助制造商在谈到其产品时能更清晰。”

PAC的概念定义为：控制引擎的集中，涵盖PLC用户的多种需要，以及制造业厂商对信息的需求。PAC包括PLC的主要功能和扩大的控制能力，以及PC-based控制中基于对象的、开放数据格式和网络连接等功能。

PAC基本要求：

◆多域功能（逻辑、运动、驱动和过程）——这个概念支持多种I/O类型。逻辑、运动和其他功能的集成是不断增长的复杂控制方法的要求

◆单一的多学科开发平台——单一的开发环境必须能支持各种I/O和控制方案

◆用于设计贯穿多个机器或处理单元的应用程序的软件工具——这个软件工具必须能适应分布式操作

◆一组de facto网络和语言标准——这个技术必须利用高投入技术

◆开放式、模块化体系结构——设计和技术标准与规范必须是在实现中开放的、模块化的和可结合的

PAC与PLC：

PAC 这个概念的提出是针对PLC (Programmable Logic Controller) 的概念而来，作为一种快速和可靠的解决方案，PLC的设计满足了工厂对于使用环境和可靠性的要求，而且其编程方式也非常适合机电工程师的思维习惯，故PLC自问世以来在自动化控制系统领域独领风骚已经有二十多年的历史了。目前的PLC已经不仅限于在逻辑控制的应用，一些新一代的大中型PLC已经具备了比较强大的浮点数据运算能力和较为丰富完备的通讯介面，可以完成今日的系统化与复杂化的自动控制技术。

PLC的弱势：

虽然PLC业界已经注意到了这一趋势，并通过将PC技术应用于PLC产品，直接提供OPC Server、WEB Server及IEEE标准通讯接口等，以提供更高的应用灵活性。但是受限于传统PLC专属式的设计，其互操作性和灵活性限制（即使是对于同一品牌的PLC来说，也是这样），并不能完全满足用户的要求：

◆传统的PLC均不能提供主动的事件通知，系统的集中监视管理有赖于服务器主机的主动定时查询；

◆因为在实时信息上的欠缺，要实现跨PLC的事件处理比较困难，且速度延迟，效果不佳；

◆无法提供本地直接处理的预约控制，预约控制完全有赖于服务器主机的集中处理，所以系

统当机时，立刻停摆；

◆系统的建构由于采用了不同供应商的多种平台，为整合各种不同的专用总线，系统之衔接有赖于第三方提供的OPC Server或Gateway，故其实施并不是一件轻松和容易的事情；

◆系统升级将必须付出重新设计的成本和时间，其不可预见成本太高。

◆梯形图程序的设计是基于个案进行，每一专案均无法完全复制应用，无法实现标准化，从而工程设计费用无法降低；

◆现行自动化系统的数据容量太小，在适应新的应用需求时显得力不从心；

◆无法实现实时同步远程的数据传输，与PDA、手机的连接比较困难；

◆需要通过PC或第三方设备来实现基于WEB的远程数据发布。

什么是PAC？

虽然从外形上来看，PAC与传统的PLC非常相似，但究其实质，PAC系统的性能却广泛得多。作为一种多功能的控制平台，用户可以根据系统的需要，组合和搭配相关的技术和产品以实现功能的侧重，因为基于同一发展平台进行开发，所以采用PAC系统保证了控制系统各功能模块具有统一性，而不仅是一个完全无关的部件拼凑成的集合体。

综合业界专家的意见，所谓PAC系统应该具备以下一些主要的特征和性能：

◆提供通用发展平台和单一数据库，以满足多领域自动化系统设计和集成的需求

◆一个轻便的控制引擎，可以实现多领域的功能，包括：逻辑控制、过程控制、运动控制和人机界面等

◆允许用户根据系统实施的要求在同一平台上运行多个不同功能的应用程序，并根据控制系统的设计要求，在各程序间进行系统资源的分配

◆采用开放的模块化的硬件架构以实现不同功能的自由组合与搭配，减少系统升级带来的开销

◆支持IEC-61158现场总线规范，可以实现基于现场总线的高度分散性的工厂自动化环境

◆支持事实上的工业以太网标准，可以与工厂的EMS、ERP系统轻易集成

◆使用既定的网络协议，程序语言标准来保障用户的投资及多供应商网络的数据交换

PAC市场:

PAC概念提出后得到GE Fanuc公司的积极响应，并陆续发布了其PACSystems系列产品RX3i与RX7i。北美PLC主导厂商Rockwell Automation也于2003年11月宣布其ControlLogix和CompactLogix PLC事实上就是PAC。另外，NI、台湾泓格等公司也都相继推出各自的PAC系统。

本文来源：https://www.bwwdw.com/article/8ac6.html