风力发电机组轮毂无线通信方案

王军刚

[摘    要]风力发电机组机舱和轮毂之间一般采用变桨滑环来实现两者之间的电气连接。针对已并网风力发电机组，由于运行需要，如果需增加相应的通道，传统的方案可能受限，针对这种情况，提出了一种行之有效的解决方案。

[关键词]风力发电机组;轮毂;变桨滑环;无线通信

[中图分类号]TM614 [文献标志码]A [文章编号]2095–6487（2022）05–00–03

Wind Turbine Hub Wireless Communication Solution

Wang Jun-gang

[Abstract]A pitch slip ring is generally used between the wind turbine nacelle and the hub to realize the electrical connection between the two. For grid-connected wind turbines， due to operational needs， if the corresponding channels need to be added， the traditional solution may be limited. In view of this situation， this paper proposes an effective solution.

[Keywords]wind turbine; hub; pitch slip ring; wireless communication

1 风力发电机组机舱柜与变桨柜传统的电气连接方式

目前大多数公司风力发电机组的机舱柜（静止部分）与变桨柜（安装在轮毂中，正常工作时随同轮毂一起转动）之间，均采用单一的变桨滑环来进行电气连接。变桨滑环，是用于将机舱柜400 V动力电源、变桨系统24 V控制信号和通信控制信号传输给旋转的变桨系统的设备。变桨滑环通常安装在设备的旋转中心，主要由旋转与静止两大部分组成，变桨滑环之所以能够实现以上功能，是因为内部有相应的滑道。

2 已并网机组在实际使用过程中可能遇到的问题

受限于风电成本的压力，风电整机设备商初装机时不可能为每一台机组的变桨滑环都预留相应的通道以考虑后期的发展需要。如果现有的变桨滑环通道在使用途中又提出新的需求，目前在用的变桨滑环不满足使用要求时，特殊定制的产品价格高、工期长，某些使用要求可能只是短期内测试需求，为了相应的需求去定制产品不管是在时间上还是成本上都给企业带來一定的压力。即使在运机组现有滑环有相应的通道，如没有预留相应的接线，则面临着大量施工的麻烦，接线等工作需要耗费一定的工时。

3 风力发电轮毂无线通信方案

针对以上需求，通过研究轮毂无线通信做为有线通信的补充通信。轮毂无线通信方案既可以利用现有的变桨滑环，不至造成浪费，又可以解决实际应用中的需求。和以往的有线系统不同，此无线系统省去了大量施工的麻烦，利用最短的周期搭建起无线通信系统，在保证用户投资的情况下给用户带来了实实在在的好处。轮毂无线通信测试平台示意如图1所示。

试验方案如下：

（1）利用搭建的测试平台，在机舱柜与变桨柜主从PLC之间直接使用有线通信，测试两者的发送和接收是否正常，以验证主从PLC以及相关的器件工作是否正常。该方案用BACHMANN模块MPC240作为主PLC，由于MPC240缺少相应的CANOpen接口，所以采用模块CM202（带2个CANOpen接口））作为CANOpen通信的主站模块建立网络，模块NT255作为电源模块供电（24 V供电）。倍福CX9000-0001作为从PLC，由于CX9000-0001缺少相应的CANOpen接口，所以采用模块EL6751-0010作为CANOpen通信的从站模块建立网络。测试软件主控用BACHMANN的编程软件进行编程，变桨用BECKHOFF的编程软件进行编程，通过相应的心跳位判断主控系统与变桨系统的通信是否连通，使用相应的标志位来判断是有线还是无线通信在正常工作，从而判断无线通信是否能作为有线通信的补充。

机舱柜与变桨柜主从PLC之间先直接使用CANOPEN专用通信电缆连接，两者之间的波特率设置为500 kbps，测试两者的发送和接收是否正常。两者正常发送和接收如图2所示。图2是主控和变桨PLC之间有线通信的连接情况，在主控程序中使用CAN1_disc_flag变量来标识通信连接情况，CAN1_disc_flag=FALSE，代表有线通信没有问题，为默认通信。图3Variable列表中N51_Angle_setpoint的Value为2 000表示由变桨51号站点直接来接收变桨角度，主控实际给定变桨角度为20°。

（2）在上述试验可行的情况下，断开有线，修改程序，使用无线通信。无线通信模块采用德国Schildknecht AG公司生产的DATAEAGLE COMPACT 6710 CANOpen无线通信模块[1]。DATAEAGLE 6710为CAN总线的透明传输所特别研制，利用多种无线通信技术使所有带CAN总线接口的设备都可以尝试无线连接，无需对设备进行配置，支持即插即用。典型范围参数为：工作范围取决于所采用的无线技术以及环境条件，其相应参数[2]为，工作电压为24 V DC，输出功率为100 mW，天线连接器为SMA连接器，执行标准为CE，FCC。无线技术：频率为2.4 GHz蓝牙，最多的无线从站数量1个，支持传输距离室内典型范围100m，室外典型范围300m，无线连接器为SMA连接器-500 hm。接口：最大的CAN速率为

500 kBit/s;PROFIBUS-DP连接为9pol.SUB-D。

使用CAN连接线把CM202的CAN口2（与主PLC相连）与DATAEAGLE COMPACT 6710 主模块连接起来。使用CAN连接线把DATAEAGLE COMPACT 6710从模块与第2个EL6751-0010（从站CANOpen接口模块，带1个CANOpen接口）与从PLC相连连接起来。2个无线通信模块采用24 V DC供电电源给他们供电，该品牌无线通信模块的主从模块之间使用无线通信。主从PLC之间，2个无线通信模块之间的波特率均设置为500 kbps，测试主从PLC之间的发送和接收是否正常。

主控和变桨PLC之间无线通信的连接情况，在主控程序中使用CAN1_disc_flag变量來标识通信连接情况，CAN1_disc_flag=TRUE，代表有线通信断开，N10_Angle_setpoint角度为20°，则代表切换到无线通信。Variable列表中N10_Angle_setpoint的Value为2 000则代表由无线通信模块的10号站点来接收变桨角度，主控实际给定变桨角度为20°。

根据从站接收报文截图（图4）可以看出，从站接收到主站发送的数据，说明主站从站通信正常。

（3）在有线通信和无线通信单独测试都无问题的情况下，变更主控程序，在2种通信均连接的情况下，测试有线通信，无线通信同时工作时是否能正常工作，从而验证无线通信可做为有线通信的补充来使用。有线、无线均正常工作见图5。

图5 有线，无线通信正常工作

该方案由于CM2020有2个CANOpen接口，一个通过CANOpen专用电缆接到跟从站PLC相连的EL6751-0010上，另一个通过CANOpen专用电缆接到该品牌的无线通信模块主模块上，DATAEAGLE COMPACT 6710 CANOpen的无线通信模块从模块通过CANOpen专用电缆接到跟从站PLC相连的另一个EL6751-0010上，DATAEAGLE COMPACT 6710 无线通信模块的主从模块之间使用无线通信。

4 结束语

采用风力发电轮毂无线通信方案，可方便地获得风力发电机组轮毂内的所需数据。通过探讨无线通信方案的应用的可行性，为以后在机组上应用打下一定的基础。

无线通信方案可节省冗长的新产品开发周期，该方案不仅能为企业节约成本，还能为企业创造价值。

参考文献

[1] 李炜明.无线通信技术在风电机组中的应用综述[J].中国新通信，2018（16）：43.

[2] 孔维兵，张涵，周继威.风电场风电机组无线网络技术研究与应用[J].风力发电，2021（1）：22-25.