傳統(tǒng)風(fēng)力發(fā)電機(jī)組控制不再能夠滿足需求

Renewtech 的風(fēng)力發(fā)電機(jī)組有 20 年的質(zhì)保期，可在七到十二年內(nèi)收回成本，這取決于每個(gè)特定地點(diǎn)的利用率。長(zhǎng)質(zhì)保期的基礎(chǔ)是公司采用高品質(zhì)的元件以及它的容量余量，遠(yuǎn)遠(yuǎn)超出了常規(guī)風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的峰值需求。這在可能有大風(fēng)的地區(qū)尤為關(guān)鍵。“對(duì)于我們的 99 千瓦系統(tǒng)，我們使用了專為 150 千瓦設(shè)計(jì)的齒輪，齒輪比約為 2.3，使它們能夠在高峰期時(shí)處理超過 300 千瓦。”Renewtech 公司的高級(jí)調(diào)試技術(shù)員 Matt Kugler 解釋說道。“此外，Renewtech 的風(fēng)力發(fā)電機(jī)組可以操作兩個(gè)發(fā)電機(jī)，而不是一個(gè)。盡管系統(tǒng)具有高可靠性和冗余性，對(duì)于 Renewtech 及其客戶來說，具有遠(yuǎn)程訪問和診斷功能是一個(gè)關(guān)鍵優(yōu)勢(shì)：“我們記錄每個(gè)風(fēng)力發(fā)電機(jī)和整個(gè)風(fēng)電場(chǎng)的數(shù)據(jù)。我們還會(huì)在我們總部存儲(chǔ)所有風(fēng)電場(chǎng)數(shù)據(jù)。我們可以從這里遠(yuǎn)程監(jiān)控所有的風(fēng)力發(fā)電機(jī)組。“Kugler 解釋道。

2012 年，Renewtech 進(jìn)入了系統(tǒng)開發(fā)的下一階段，對(duì)其 99 千瓦的風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的控制進(jìn)行批判性分析。事實(shí)證明，當(dāng)時(shí)使用的平臺(tái)面臨一些限制，如受限的廠商支持、系統(tǒng)與標(biāo)準(zhǔn)媒介和網(wǎng)絡(luò)的連接有問題以及不靈活的軟件。簡(jiǎn)而言之，公司需要為其風(fēng)力發(fā)電機(jī)組尋求一個(gè)新的控制平臺(tái)。“我們知道，Beckhoff 公司在全球風(fēng)力發(fā)電機(jī)組市場(chǎng)上一直非常成功，它的技術(shù)非常適合我們的 99 千瓦系統(tǒng)。”Renewtech 公司運(yùn)營(yíng)總監(jiān) Steve Martineau 回憶道。在隨后的開發(fā)和測(cè)試階段，Beckhoff 的應(yīng)用工程師幫助 Renewtech 為新一代風(fēng)力發(fā)電機(jī)組進(jìn)行了重新編程。此后不久，公司認(rèn)為基于 PC 的控制技術(shù)和 EtherCAT 作為通信系統(tǒng)能夠最佳滿足其需求。

基于 PC 的自動(dòng)化技術(shù)推動(dòng)力風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的現(xiàn)代化改造進(jìn)程

用于 Renewtech 的 99 千瓦的雙發(fā)電機(jī)系統(tǒng)的標(biāo)準(zhǔn)控制系統(tǒng)由一臺(tái)采用 Windows CE 和裝有 TwinCAT PLC Runtime 的 CX5020 嵌入式控制器、一個(gè) TwinCAT SMS/ SMTP 服務(wù)器和 EtherCAT I/O 端子模塊組成。對(duì)于由 50 個(gè)風(fēng)力發(fā)電機(jī)組構(gòu)成的風(fēng)電場(chǎng)，C69xx 系列工業(yè) PC 也被用作為服務(wù)器。CX5020 用作風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的中央控制器。它監(jiān)測(cè)饋電情況、進(jìn)行必要的風(fēng)向?qū)?zhǔn)、記錄數(shù)據(jù)并生成故障消息。除了執(zhí)行 PLC、測(cè)量和通信功能之外，CX5020 運(yùn)行 HMI 軟件，用于在風(fēng)力發(fā)電機(jī)組上進(jìn)行可視化并監(jiān)測(cè)在美國(guó)安裝的 Renewtech 系統(tǒng)的基礎(chǔ)。“憑借其 -25° 到 +60°C（-13° 到+ 40°F）的寬溫范圍，它也可以安裝在氣候炎熱的地區(qū)。”Steve Martineau 說道。

通過 EtherCAT 端子模塊靈活和經(jīng)濟(jì)地進(jìn)行監(jiān)測(cè)

Renewtech 系統(tǒng)連續(xù)記錄數(shù)據(jù)。“三相電力測(cè)量端子模塊 EL3413 為我們提供了最重要的數(shù)據(jù)。例如，它讓我們能夠進(jìn)行電力和頻率測(cè)量以及管理我們復(fù)雜的 480伏系統(tǒng)。”Matt Kugler 說道。“找到靈活、經(jīng)濟(jì)的并且容易整合的電力測(cè)量系統(tǒng)并不總是容易的。大多數(shù)設(shè)備都是獨(dú)立系統(tǒng)，它們需要特殊的硬件、軟件和其它層面的復(fù)雜性。它們也很昂貴。”帶 EL3413 端子模塊的系統(tǒng)通過 EtherCAT 和 TwinCAT 收集所有 Renewtech 應(yīng)用的電力數(shù)據(jù)，并將獲取的狀態(tài)信息發(fā)送到 Elbow Lake 的公司總部。電力監(jiān)控報(bào)警簡(jiǎn)單地通過電子郵件發(fā)送給 Renewtech 專家，它可以遠(yuǎn)程解決故障或請(qǐng)求本地幫助。

“對(duì)我們來說，特別重要的是 EtherCAT 加/減計(jì)數(shù)器端子模塊 EL1502，它可以監(jiān)測(cè)兩臺(tái)發(fā)電機(jī)的主軸速度以及借助風(fēng)速計(jì)測(cè)定風(fēng)速。”Matt Kugler 解釋說。加/減計(jì)數(shù)器用于計(jì)算二進(jìn)制脈沖，并以電氣隔離的形式將計(jì)數(shù)器數(shù)值傳輸?shù)缴嫌蔚淖詣?dòng)化設(shè)備中。“總之，可以肯定地說，Beckhoff 擁有種類繁多的 EtherCAT I/O 特殊功能端子模塊，讓我們能夠跟上最新發(fā)展。”Kugler 補(bǔ)充說道。“例如，如果我們要在我們所有的風(fēng)力發(fā)電機(jī)組上增加振動(dòng)監(jiān)測(cè)功能，我們可以通過 EtherCAT CMS 端子模塊 EL3632 輕松集成這一功能。”

對(duì)于 Renewtech 來說，讓客戶滿意是一件輕而易舉的事“自從我們?cè)谖覀兊?Renewtech 風(fēng)力發(fā)電機(jī)組中增加了 Beckhoff 的控制系統(tǒng)，其可靠性和可用性至少提升了 50%。”Steve Martineau 如是說。“而且，由于可用性是發(fā)電的前提條件，而發(fā)電為我們的客戶帶來利潤(rùn)，其重要性怎么強(qiáng)調(diào)也不過

分。”然而，在風(fēng)力發(fā)電機(jī)組和風(fēng)場(chǎng)網(wǎng)絡(luò)中使用 EtherCAT 可以帶來額外的好處，Steve Martineau 說道：“轉(zhuǎn)向使用 EtherCAT 之后，我們只需要兩個(gè)易于處理的標(biāo)準(zhǔn)型連接器，而不是用于 80 個(gè)連接點(diǎn)的 40 根銅電纜。這為我們每臺(tái)風(fēng)機(jī)節(jié)省了兩到三個(gè)工時(shí)的布線工作。”“根據(jù)我們的積極體驗(yàn)，將來，我們將給我們所有的風(fēng)力發(fā)電機(jī)組配備 Beckhoff 控制器。”Jackie Chelemedos 總結(jié)道。