随着风电技术的发展与进步，机组部件越来越多，结构越来越复杂。然而，复杂的结构和完善的保护，不仅会增加机组生产成本，也会增加部件损坏和故障点，现场分析与处理故障的难度越来越大，对现场运维技术水平要求越来越高。
在组成机组的众多部件中，变频器不仅是机组的重要组成部分，而且对机组安全起着相当重要的作用。质量优异、技术成熟的变频器各种保护电路也设计得相当完善。但是，完善的保护措施往往会使变频器故障维修的技术难度增大，因而，在分析、判断和维修变频器故障时，需要现场人员具备丰富的现场经验和较高的技术水平。如现场维修人员技术水平不够高，现场经验不够丰富，可能因分析和判断故障机组困难，造成大量不必要的备件消耗及长时间的大面积停机。因此，有必要采取有效措施提高机组的维修效率。
主控在现场机组的日常维修和定期维护中起着极其重要的作用。站在机组维修、维护的角度进行主控设计，有利于主控报故障准确。通过主控收集和存储现场维修、维护所需要的信息，有助于现场人员及时准确地分析、判断和处理机组故障。优秀的主控配合便于现场指挥的SCADA（Supervisory Control And DataAcquisition)软件以及具有独立环网通信的变频器，在远程控制中心可以实现机组的远程故障诊断与容错运行等，缩短故障处理的时间，弥补现场运维技术水平的不足。
国产主控在支持现场运维方面存在的一些问题
目前，国产风电机组的主控系统大都采用整机厂家自主开发的PLC主控。硬件普遍采用国外通用PLC工业控制器，如：倍福、西门子、巴赫曼、丹控和横河等。利用硬件厂家提供的基础软件或通用PLC操作系统进行PLC编程就能开发出风电机组主控，省去了主控硬件和基础软件的开发工作。然而，尽管通用PLC工业控制器生产的主控，能满足风电机组的控制要求，但是，主控硬件和基础软件都是通用产品，不能充分满足现场机组维修及定期维护的某些特殊要求。
随着PLC控制器硬件的技术进步及处理能力的不断增强，业内普遍对主控的控制策略及“智能化”方面关注度较高，注重适应电网的“低穿”“高穿”功能和业主的某些特殊要求。这也促使了国产机组的主控软硬件不断升级改造。有的风电场自机组投运以来，已经历了2次、甚至3次的主控硬件的更换或改造。同一种主控其软件版本多种多样，以至于一期风电项目就有众多的软件版本。在机组运行的寿命周期内就对主控硬件进行多次更换，主控软件不断地升级，这样就无法保证不同风电机组主控参数的个性化设置，难以将机组设置到最佳状态，还会失去运行数据的有效性和连续性，不利于对运行机组实施长期的系统分析和现场经验的总结，对机组及主控完善也极为不利。
从国产主控开发的现状来看，我国风电企业对专用的风电机组主控硬件开发和专用主控基础软件的研究几乎还是空白，缺乏对风电主控的深入研究。国产主控生产厂家还需汲取国外专业主控厂家的先进经验，在机组的长期运行和现场维修、维护中，不断地总结经验，生产出适合现场运维的高质量主控。
主控报故障准确对机组维修的重要作用
当外部环境不满足机组运行条件，或机组自身出现故障时，运行机组自动报故障停机。停机故障信息可通过人机界面、主控调试软件，或SCADA后台软件进行查看。现场维修人员主要根据主控所采集的各种信息分析、判断和排除机组故障。如果主控程序设计不够完善，停机逻辑不够明晰、主控参数设置不合理，或主控硬件抗干扰能力弱等都会造成主控报故障不准确。这不仅会降低利用率和发电量，增加分析、判断机组故障的时间，还会造成部件的错误更换，增加备件用量等。因此，主控报故障准确对故障处理起着重要作用，直接关系到现场故障处理效率和运维成本。
主控报故障准确是主控最基本的功能。要实现主控报故障准确，在开发时，不仅需要从主控硬件和软件两方面深入研究，而且还需在机组的长期运行实践中对主控进行不断改进和完善，开发出适合风电场环境的高质量硬件和软件的专业风电机组控制器（主控）。例如：丹麦Mita公司生产的专业风电机组主控WP3100，该控制器的软硬件均是专为风电机组开发，在现场运行机组长时间的使用中，经历了二三十年、几代技术人员的不断更新和完善。从现场故障维修和维护的角度来看，是一款成熟、经典的专业风电机组控制器：具有较为完善的远程权限管理；能很方便地实现远程现场指挥、远程故障诊断和机组容错运行；在进行功率和转速控制时，不仅注重机组效率的提高，还兼顾了保护机组重要部件（如：齿轮箱等）、控制稳定和叶轮储能等。该主控及与之配套的SCADA软件，即：Mita公司的Gateway后台软件，其合理设计的内核和便于现场运维的经验值得国内厂家学习和借鉴。
优秀的风电主控应具有适用于风电场运行环境完善的硬件设计。如主控硬件设计不够完善，会因外界干扰出现故障误报停机。干扰可能来自信号输入线路、控制器的信号处理、主控电源供电和电网的高次谐波等。例如：某风电场因“高穿”改造，将运行机组上的WP3100主控更换为采用通用PLC工业控制器硬件生产的主控后，报“振动停机故障”次数明显增加。当振动信号输入端口加装雷电保护或磁环后，机组报振动停机得到明显改善，这说明该PLC主控的硬件设计不够完善。但是，如果不在同一台机组上进行这样的对比，很难锁定PLC主控是因输入信号受到外界干扰而误报振动停机。当没有查明振动停机的故障来源时，则可能错误地怀疑并更换振动传感器，怀疑主控与振动传感器之间的接线与配合、机组旋转部件以及机组并网的扭矩控制存在问题，或者错误地认为是风况原因造成了机组报振动停机等。这无疑增加了分析和判断振动故障的难度，同时，也变相增加了备件用量和维护成本，造成了不必要的发电量损失。
再进一步分析，从振动输入信号受干扰可知：该振动信号是数字信号，进入主控的振动输入端口之前，是采用双绞线传输，虽然输入信号线外有屏蔽层，并做了良好接地，但是，风电场的电力环境恶劣，会由于各种原因受到其他电信号或电磁信号的干扰。而主控与变桨控制器之间的通信，也是采用双绞线传输的数字信号，可能在线路上或滑环旋转处受到外界的干扰，依据处理振动误报的经验，为避免“变桨通信故障”误报，也采取了相同的措施，结果收效明显。“变桨通信故障”的误报问题如不能及时处理，则可能因故障分析和判断错误，造成变桨通信滑环的大量更换等，从而增加机组的维修成本和备件用量。因此，从现场运维和主控报故障准确的角度来看，硬件落后的不是WP3100控制器，而是看似“先进”的PLC主控，正是通过两种主控的风电场机组实际运行和硬件之间的对比，才迅速找到了PLC主控误报故障的真实原因，以及PLC主控在硬件设计上的缺陷，而其他因主控问题而造成的误报停机故障就很难查明了。还需要在现场机组运行、维修和维护的具体实践中不断改进和完善。
大型风电场有众多的变频器参与发电，会产生大量的高次谐波，风电场机组的工作环境比一般的市电工作环境恶劣，需要主控硬件具有很高的抗干扰能力。这些采用通用PLC控制器硬件生产的主控，在设计时如果没有专门对风电场的恶劣环境条件予以充分考虑并经过现场实践检验，当运用于风电场时，难免会出现误报故障的问题。
主控软件对停机故障设定的控制逻辑关系到机组报故障的准确性。机组控制参数设置不合理，也同样会影响到报故障的准确。
主控的数据采集与储存对现场运维的重要作用
WP3100主控的硬件和基础软件均是为风电机组专门开发，能完全依据现场机组的日常维修和定期维护需要进行信息采集和存储，因此，尽管主控存储量极为有限，但对机组维修、维护有用的重要信息均能在主控中通过人机界面查找，或采用该主控的专用调试软件读取。
该主控还通过多种措施保证机组所有运行数据的准确性和连续性，为及时、准确地了解任何一台机组的长期运行状况提供了依据。在调试完成以后，机组进入正式并网运行时，可通过高级权限给所有主控数据复位、置零。为保证每台机组运行数据的连续性，在主控出现故障需要更换时，采用主控调试软件下载主控参数和数据。在更换主控或更新、升级主控底层软件后，再把这台机组先前的主控参数和数据上传，这样就保证了每一台机组参数设置的个性和运行数据的连续性。另一方面，主控数据可通过环网实时传给后台Gateway软件，也可以在需要的时候再通过Gateway软件从主控读取，为分析和统计机组的长期运行状况提供了技术支持。例如：20年的机组故障、利用率、功率曲线和发电量等基础数据，可根据现场维修与维护的经验和需要进行采集，并将其采用适当的方式存储在主控中，便于查询和分析机组故障等，极大地方便了机组运维。每台机组的基础数据分别存储于各自的主控之中，与仅存储于后台相比，还大大分散了机组数据丢失的风险。
主控的信息采集与储存同机组维修密切相连。例如：机组的某个温度传感器出现了瞬间跳变，主控会报“温度传感器故障”停机，因在主控中详细记载了每一个温度传感器近期12个月、一个月、一天之内及20年的最高值、最低值和平均值，并且捕捉到毫秒级的故障信息。分析、检查故障时通过人机界面、后台Gateway或主控调试软件，检查到某个温度传感器的故障跳变及数值，可以迅速锁定“温度传感器故障”的故障来源。再如：在登机进行定检维护时，依据主轴刹车器的维护记录，如发现某机组主轴刹车片磨损太快，在主控中可迅速查明近期的刹车器动作次数及机组维修、维护所需要的其他故障信息，便于分析和查明磨损太快的原因，还可能发现先前没有发现的问题，或机组的潜在故障等。
但如果以不适当的方式存储数据，在登机检查故障时，就很难查到机组维修需要的信息，给机组维修带来困难。例如：采集和存储机组的基础信息不是通过主控，而是在SCADA后台软件中进行，当在机舱上进行机组维修和维护时，就不能便捷地查到机组信息。还可能因数据丢失，或通讯中断，而丢失众多的“瞬间”信息，无形中增加了故障分析的难度。某些利用通用PLC硬件生产的国产主控，在数据采集与存储上存在先天不足。大量的基础信息只能在后台SCADA软件中存储。这就是说，每台机组详细的功率曲线、利用率和发电量信息等均只能通过后台SCADA软件进行采集和存储。由于在信号传输过程中存在数据包丢失问题，还可能出现机组与后台之间通讯中断的情况，这些致命的缺陷使数据的完整性与连续性大打折扣，因此，时常会出现整个风电场的实际上网发电量比后台软件统计的发电量还要高的情况，也难以保证机组利用率的真实性和功率曲线的完整性。
机组远程故障诊断与容错运行
适合现场运维的主控辅之以优秀的SCADA后台软件，有助于真正实现“集中监控，区域维修”。对提高现场运维的技术水平，指导和管理现场有着重要的作用。
首先，可以通过主控软件设计完善的多级权限管理程序，在风电场的集中监控室，或远程控制中心对机组进行远程操控，实现安全系统、偏航系统、齿轮箱、变桨系统、变频器和发电机等重要部件的远程故障诊断和技术指导。
WP3100主控可通过Gateway后台软件进行远程操控，具有可设置为不同状态的硬件端口以及大量与机组故障诊断有关的可修改参数，极大地方便了远程及现场的故障诊断。例如，判断机组的“异常振动”是否与并网有关。故障检查时，需要暂时甩开变频器，让机组在不同转速下空转运行。对于WP3100主控，只需修改相关参数，改变相应的主控硬件端口状态，屏蔽相关状态码，就能实现不同转速下的机组空转运行，很容易判断出机组振动是否与并网加载有关，便于远程故障检查和判断。
当变频器也能实现远程登陆时，这样，在现场连接变频器软件的任何操作都可以在集控室或远程监控中心实现。可通过修改主控参数与操作变频器的调试软件相结合，顺利实现手动变频器远程励磁与并网，协助现场人员对双馈机组变频器和发电机等部件的疑难故障进行诊断。
其次，在满足机组及部件安全的条件下，通过主控参数修改、故障屏蔽和容错技术等实现机组容错运行。实现远程指挥、技术指导、故障诊断与容错运行的必要条件如下：
第一，在主控、SCADA后台软件和变频器设计时，需考虑远程故障诊断与处理、主控与变频器的环网通信及网络安全等。
通过VPN登陆，开发专用的主控基础软件，给后台SCADA软件增加加密狗等安全措施，以保证网络安全，避免黑客攻击，并符合相关标准和规定；主控有完善的登陆权限设置，实现多级权限管理；通过远程操控主控输入输出端口的状态，修改参数和屏蔽故障；在SCADA后台软件上，设计有便于指挥现场、修改参数和容错运行的操作界面；变频器应具有与环网通信相配套的软硬件接口，在集控室，或远程控制中心，能通过变频器调试软件实现对变频器的远程操控，查看故障、励磁和并网等。
第二，在产品设计上，采用冗余设计，保证充分的设计余量。
在设计时，机组应有多重保护和冗余的硬件设置。如：每台机组安装两个风速仪、两个风向标，每支叶片均有两个检测叶片角度的编码器等。
第三，采用软件和硬件容错技术进行产品设计，机组因故障停机后，利用容错技术恢复机组运行，实现容错运行。
为加强现场管理，弥补现场技术力量薄弱的不足。通过互联网或手机APP实现机组的远程故障诊断与容错运行，对偏远陆地，尤其是海上机组具有重要的意义。
结语
当前风电行业需要采取有效措施使国产主控更好地满足现场维修和定期维护的需要，提高现场人员处理故障的效率和消除机组潜在故障的能力。现场问题千变万化、极端复杂，当机组出现故障停机不能及时登机处理时，必要时可通过远程故障处理与容错运行，提高机组运行稳定性与发电量；当现场人员遇到疑难故障时，可通过远程故障诊断获得现场指导，使现场问题得到及时、准确、有效地解决，最终达到降低机组度电成本的目的。
