随着全球对可再生能源需求的不断增加，风能作为一种清洁、可再生的能源，在全球能源结构中发挥着越来越重要的作用。

风力发电技术的发展，能有效减少化石燃料的使用，降低温室气体排放。目前，通过先进的自动化控制技术，风力发电效率以及系统可靠性得到了显著提升。

01 风力发电原理

风力发电的基本原理是利用风力带动风车叶片旋转，通过增速机提高旋转速度，从而促使发电机发电。当前的风力发电技术可以在每秒三米的微风速度下开始发电，实现风能到电能的高效转换。

02 电机组基本结构

风力发电机组大体上分为机舱、塔筒、底座；细分由风轮（叶片、轮毂）、变桨系统、发电机、偏航系统、传动系统（轴承、齿轮变速箱）、控制系统、变流系统组成。

各主要组成部分功能简述：

（1）风轮：由两个或三个叶片组成，主要是吸收风能，将风的动能转换为转动的机械能；

（2）变桨系统：通过改变叶片的角度，使叶片在不同风速时处于最佳的吸收风能的状态；

（3）发电机：将叶轮转动的机械动能转换为电能的器件；

（4）偏航系统：与风向仪相配合，使叶轮始终处于迎风状态，充分利用风能，提高发电效率。

（5）齿轮箱：齿轮箱是将风轮在风力作用下所产生的动力传递给发电机，并使其得到相应的转速。

（6）控制系统：负责实时监控和调节各部件的运行状态，以最大化能量捕获效率和确保系统的稳定性与安全性。

（7）变流系统：将发电机发出的电的频率恒定在50Hz，并入电网。

03 现场痛点

控制系统作为整个电机组的“神经中枢”，在整个风力发电的过程中也面临着诸多挑战：

环境恶劣：风电场通常位于环境条件较为恶劣的地方，如海上、荒野等，风沙、盐雾、高湿度等对设备的耐久性和稳定性提出了更高要求。

设备维护困难：风力发电机组结构复杂，部件繁多，特别是高空设备的维护和检修困难且成本高。

数据传输和通讯：风电场面积广阔，各机组之间的数据传输和通讯要求高，传统通讯方式容易受环境干扰，导致数据传输不稳定。

系统可靠性要求高：风力发电系统需要长时间不间断运行，对控制系统的可靠性和稳定性有极高的要求，任何停机都可能导致巨大的经济损失。

多种协议兼容问题：风力发电系统中使用的设备和传感器来自不同厂家，通讯协议各异，如何实现不同协议之间的兼容和转换同样是一个挑战。

零点C系列分布式IO特点：

1.支持多种通讯协议：Modbus、Profibus-DP、Profinet、EtherCAT、EtherNet/IP、 CANopen、CC-Link等。

2.扩展IO模块种类丰富：数字量输入模块、数字量输出模块、模拟量输入模块、模拟量输出模块、特殊模块、混合IO模块等。

3.C系列分布式IO EMC参数：静点放电抗扰度：空气放电8KV、接触放电6KV；群脉冲抗干扰2KV；浪涌刚扰度2KV。

4. -35℃~70℃宽温设计,满足严苛工业环境。

04 零点应用

某风电现场使用零点C系列分布式IO，所用的模块型号：CN-8033EtherCAT网络适配器、数字量输入模块 CT-121F、 数字量输出模 块CT-222F、模拟量输入模块CT-3234、 模拟量输 入模块CT-3734、 模拟量输 出模块CT-4234、编码器输入模块CT-5112、 编码器输入 模块CT-5122、DP主站模块CT-5341。

CT-5112：测量风轮的转速；

CT-5122：1）反馈机舱偏航的位置；2）确定风轮的位置，用于检修；

CT-5341：变桨系统与变流系统是两个单独的系统，通讯协议是Profibus-DP；该风电现场使用CN-8033+CT-5341实现了Profibus-DP协议与EtherCAT协议之间的数据转换。

现场通过采用零点C系列模块，实现了系统的高效控制与通讯，确保了风力发电系统的稳定运行。

尤其是自动化技术在其中起到了关键作用，极大地提升了系统的效率和可靠性，为风能的大规模应用提供了坚实的保障。