风电机组变桨控制系统CANopen通讯故障分析及处理

风电机组变桨控制系统 CANopen 通讯故障 分析及处理

张毅博

国能信控互联技术（河北）有限 公司，河北固安 065500

摘要：概述了CANopen总线技术在风电机组变桨控制系统的应用，针对实际应用中出现的故障现象进行分析，找出导致通讯异常的具体原因并提出与之对应的处理措施，措施有效。

关键词：风电机组变桨控制系统，CANopen通讯，故障分析

1.引言

CAN是到目前为止惟一有国际标准的现场总线，在工业通讯中得到广泛的应用^[1]。

CAL（CAN Application Layer）协议是基于CAN的高层通讯协议的一种，最早由Philips设备部门指定。现在CAL由独立的CAN用户和制造商集团CiA（CAN in Automation）协会负责管理、发展和推广。CANopen是在CAL基础上开发的，使用了CAL通讯和服务协议子集，提供了分布式控制系统的一种实现方案。

2.风电机组变桨控制系统

风电机组变桨控制系统，变桨控制系统通过调节桨叶的桨距角，改变气流对桨叶的攻角，进而控制风轮捕获的气动转矩和气动功率，能最大限度地捕获风能，让机组输出功率平稳、机组受力小，是保障风电机组安全稳定运行的关键设备。

主要包括变桨距控制装置、变桨距驱动装置、后备动力源、变桨距执行装置、变桨距润滑装置和变桨距检测装置^[2]。

3.常见故障分析及处理

采用CANopen通讯是风电机组变桨控制系统现场总线通讯的重要应用方式之一。变桨系统安装于轮毂之内，主控制器PLC与驱动器间采用CANopen通讯方式。在风力发电机组并网发电时，变桨系统若出现主控制器PLC与驱动器间CANopen通讯故障即引起变桨系统紧急顺桨到安全位置，机组停机。

3.1 故障原因分析

在风电机组变桨控制系统的应用上，影响变桨PLC与驱动器间CANopen的通讯质量的因素主要包括：PLC、驱动器的通讯模块；线缆插头不牢靠，固定不稳；动力线路干扰；屏蔽处理工艺等。

屏蔽层对来自导线或电缆外部的干扰电磁波和内部产生的电磁波均起着吸收能量、反射能量、和抵消能量的作用从而具有减弱干扰的功能。屏蔽层应具有良好的接地，如果不接地因为屏蔽层面积大，有很大的寄生分布电容，将产生寄生耦合干扰。

3.2 故障案例分析与处理措施

某风力发电现场，一台风力发电机组在发电运行模式下变桨系统CANopen多次闪断甚至掉线，报通讯中断故障后，紧急顺桨到安全位置停机。

经分析，通讯线缆采用CANopen为双芯，单屏蔽层的线缆，CANopen通讯屏蔽线接线方式中，驱动器端屏蔽线连接至驱动器电源负极，PLC端屏蔽线连接至CANopen信号地。该接线方式下，CANopen通讯屏蔽线接线方式，其容易导致PLC卡件的SSB部分损坏，损坏原因是驱动器负极在带载运行时产生浪涌电压，导致通讯模块的SSB总线接口驱动器集成电路损坏，最终导致风电机组变桨控制系统因PLC与驱动器通讯中断而顺桨停机，变桨系统CANopen处理前原理图如图1所示。

图1 变桨系统CANopen处理前原理图

针对上文分析的原因，就该风电机组变桨控制系统的CANopen通讯线路屏蔽进行相应的处理措施，处理后原理图如图2所示，将PLC卡件的SSB总线GND（6号针）悬空，屏蔽线两端都接地。即驱动器端屏蔽线连接至接地端子1X3_3，PLC端屏蔽线连接至接地端子5X1_1，处理后故障不再出现，措施有效。

图2 变桨系统CANopen处理后原理图

4.结语

通过对风电机组变桨控制系统通讯故障的原因进行分析，对案例中的通讯问题进行整改，对该发电机组因变桨通讯故障引起停机时间会大大的减少甚至不再出现，减少电量损失，提高了机组发电量和经济效益。

参考文献：

[1] 饶运涛, 邹继军, 郑勇芸. 现场总线CAN原理与应用技术[M]. 北京: 北京航空航天大学出版社, 2003. 6.

[2] 风力发电机组变桨距系统. GBT-32077-2015 .