盡管替代能源行業(yè)的政府補貼有所波動(dòng)，美國政府將繼續支持使用單風(fēng)力發(fā)電機項目利用風(fēng)能的措施。在許多情況下，運營(yíng)商利用投資稅收來(lái)抵免 1 兆瓦以下的風(fēng)力發(fā)電項目。這個(gè)細分市場(chǎng)在 2013 年取得了特別強勁的增長(cháng)，預計 2014 年將持 續保持增長(cháng)，該市場(chǎng)也是風(fēng)力發(fā)電機組專(zhuān)家Renewtech LLC 公司最擅長(cháng)的領(lǐng)域。

Renewtech主要建造和維護 99 千瓦風(fēng)力發(fā)電機組，它們在美國是非常歡迎的小型風(fēng)力發(fā)電項目

Renewtech 總部位于明尼蘇達州 Elbow Lake，主要經(jīng)營(yíng) 99 千瓦失速型風(fēng)力發(fā)電機組。公司的服務(wù)范圍包括系統規劃、 設計、機艙和控制單元組裝到轉子和 風(fēng)力發(fā)電塔筒的生產(chǎn)。Renewtech還利用其經(jīng)驗豐富的專(zhuān)家團隊的實(shí)力來(lái)改造和監測現有的系統。在美國，許多 50 到 150 千瓦范圍內的風(fēng)力發(fā) 電機組都建于上世紀 80 年代和 90 年代，以今天的標準來(lái)看，它們的技術(shù)已經(jīng)變得不再可靠且低效。“我們看到了整修和更換等方面的巨大需 求，Renewtech有能力維護其中許多設施。”Renewtech公司業(yè)務(wù)發(fā)展總監 Jackie Chelemedos解釋道。例如，典型的 Renewtech項目是由公共機構（如學(xué)校和大學(xué)）以及農場(chǎng)和牧場(chǎng)運營(yíng)的風(fēng)力發(fā)電機組。

傳統風(fēng)力發(fā)電機組控制不再能夠滿(mǎn)足需求

Renewtech 的風(fēng)力發(fā)電機組有 20 年的質(zhì)保期，可在七到十二年內收回成本，這取決于每個(gè)特定地點(diǎn)的利用率。長(cháng)質(zhì)保期的基礎是公司采用高品質(zhì)的元件以及它的容量余 量，遠遠超出了常規風(fēng)力發(fā)電機組的峰值需求。這在可能有大風(fēng)的地區尤為關(guān)鍵。“對于我們的 99 千瓦系統，我們使用了專(zhuān)為 150 千瓦設計的齒輪，齒 輪比約為 2.3，使它們能夠在高峰期時(shí)處理超過(guò) 300 千瓦。”Renewtech公司的高級調試技術(shù)員 Matt Kugler解釋說(shuō)道。“此 外，Renewtech的風(fēng)力發(fā)電機組可以操作兩個(gè)發(fā)電機，而不是一個(gè)。盡管系統具有高可靠性和冗余性，對于Renewtech及其客戶(hù)來(lái)說(shuō)，具有遠程訪(fǎng) 問(wèn)和診斷功能是一個(gè)關(guān)鍵優(yōu)勢：“我們記錄每個(gè)風(fēng)力發(fā)電機和整個(gè)風(fēng)電場(chǎng)的數據。我們還會(huì )在我們總部存儲所有風(fēng)電場(chǎng)數據。我們可以從這里遠程監控所有的風(fēng)力發(fā) 電機組。“Kugler解釋道。

2012 年，Renewtech進(jìn)入了系統開(kāi)發(fā)的 下一階段，對其 99 千瓦的風(fēng)力發(fā)電機組的控制進(jìn)行批判性分析。事實(shí)證明，當時(shí)使用的平臺面臨一些限制，如受限的廠(chǎng)商支持、系統與標準媒介和網(wǎng)絡(luò )的連接 有問(wèn)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)電機組尋求一個(gè)新的控制平臺。“我們知道，Beckhoff公司在全球風(fēng)力發(fā)電機組市場(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。”Renewtech公司運營(yíng)總監 Steve Martineau 回憶道。在隨后的開(kāi)發(fā)和測試階 段，Beckhoff的應用工程師幫助Renewtech為新一代風(fēng)力發(fā)電機組進(jìn)行了重新編程。此后不久，公司認為基于 PC 的控制技術(shù)和 EtherCAT作為通信系統能夠最佳滿(mǎn)足其需求。

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

用 于Renewtech的 99 千瓦的雙發(fā)電機系統的標準控制系統由一臺采用 Windows CE 和裝有 TwinCAT PLC Runtime 的 Beckhoff  CX5020 嵌入式控制器、一個(gè) Beckhoff  TwinCAT SMS/ SMTP 服務(wù)器和EtherCAT I/O 端子模塊組成。對于由 50 個(gè)風(fēng)力發(fā)電機組構成的風(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)電機組的中央控制器。它監測饋電情況、進(jìn)行必要的風(fēng)向對準、記錄數據并生成 故障消息。除了執行 PLC、測量和通信功能之外，CX5020 運行 HMI 軟件用于在風(fēng)力發(fā)電機組上進(jìn)行可視化并監測在美國安裝的 Renewtech系統的基礎。“憑借其 -25°到 +60°C（-13°到+ 140°F）的寬溫范圍，它也可以安裝在氣候炎熱的地 區。”Steve Martineau 說(shuō)道。

Beckhoff CX5020 嵌入式控制器用作風(fēng)力發(fā)電機組的中央控制器，監測饋電情況、進(jìn)行必要的風(fēng)速和位置調整、記錄數據并發(fā)送故障消息

通過(guò)EtherCAT端子模塊靈活和經(jīng)濟地進(jìn)行監測

一根標準的以太網(wǎng)電纜連接機艙與塔基。通訊以EtherCAT技術(shù)為基礎

Renewtech 系統連續記錄數據。“ 倍福三相電力測量端子模塊 EL3413 為我們提供了最重要的數據。例如，它讓我們能夠進(jìn)行電力和頻率測量以及管理我們復雜 的 480伏系統。”Matt Kugler說(shuō)道。“找到靈活、經(jīng)濟的并且容易整合的電力測量系統并不總是容易的。大多數設備都是獨立系統，它們需要特殊 的硬件、軟件和其它層面的復雜性。它們也很昂貴。”帶 EL3413 端子模塊的系統通過(guò)EtherCAT和Beckhoff  TwinCAT收集所有 Renewtech應用的電力數據，并將獲取的狀態(tài)信息發(fā)送到Elbow Lake 的公司總部。電力監控報警簡(jiǎn)單地通過(guò)電子郵件發(fā)送給 Renewtech專(zhuān)家，它可以遠程解決故障或請求本地幫助。

由于Renewtech在其位于明尼蘇達州 Elbow Lake 的總部存儲其所有的客戶(hù)數據，它可以從這一中心位置遠程監控所有風(fēng)力發(fā)電機組

“對 我們來(lái)說(shuō)，特別重要的是Beckhoff的EtherCAT加/減計數器端子模塊 EL1502，它可以監測兩臺發(fā)電機的主軸速度以及借助風(fēng)速計測定風(fēng) 速。”Matt Kugler解釋說(shuō)。加/減計數器用于計算二進(jìn)制脈沖，并以電氣隔離的形式將計數器數值傳輸到上游的自動(dòng)化設備中。“總之，可以肯定地 說(shuō)，Beckhoff擁有種類(lèi)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補充說(shuō)道。“例如，如果我們要 在我們所有的風(fēng)力發(fā)電機組上增加振動(dòng)監測功能，我們可以通過(guò) EtherCAT CMS 端子模塊 EL3632 輕松集成這一功能。”

對于Renewtech來(lái)說(shuō)，讓客戶(hù)滿(mǎn)意是一件輕而易舉的事

“自 從我們在我們的Renewtech風(fēng)力發(fā)電機組中增加了Beckhoff的控制系統，其可靠性和可用性至少提升 了 50％。”Steve Martineau 如是說(shuō)。“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(hù)帶來(lái)利潤，其重要性怎么強調也不過(guò) 分。”然而，在風(fēng)力發(fā)電機組和風(fēng)場(chǎng)網(wǎng)絡(luò )中使用EtherCAT可以帶來(lái)額外的好處，Steve Martineau說(shuō)道：“轉向使 用 EtherCAT 之后，我們只需要兩個(gè)易于處理的標準型連接器，而不是用于 80 個(gè)連接點(diǎn)的 40 根銅電纜。這為我們每臺風(fēng)機節省了兩到三個(gè)工 時(shí)的布線(xiàn)工作。”“根據我們的積極體驗，將來(lái)，我們將給我們所有的風(fēng)力發(fā)電機組配備 Beckhoff 控制 器。”Jackie Chelemedos 總結道。