采用基于 PC 和 EtherCAT 控制技術(shù)高效控制風(fēng)力發(fā)電機組

  Beckhoff 將會(huì )在 2012 年 9 月 18 日-22 日于德國舉辦的世界最大的風(fēng)能展會(huì ) — Husum國際風(fēng)能展上展示其基于 PC 和 EtherCAT 技術(shù)的風(fēng)力發(fā)電機組控制解決方案。僅 2011 年一年，Beckhoff 就已經(jīng)為 7000 臺風(fēng)力發(fā)電機組提供自動(dòng)控制技術(shù)，總裝機容量達到 11.2 GW。在全世界范圍內，超過(guò)20000臺風(fēng)力發(fā)電機運用了 Beckhoff 控制技術(shù) — 包括陸上和海上風(fēng)力發(fā)電機組。在今年的展會(huì )上，Beckhoff 展出的亮點(diǎn)將是其基于 EtherCAT 的超高速風(fēng)場(chǎng)監控系統。

  Beckhoff 自動(dòng)化技術(shù)已在全球范圍內的風(fēng)力發(fā)電機組中得到成功應用，其應用的單機容量已達到 5 MW?；赑C的自動(dòng)化技術(shù)提供了功能強大的控制器，它們可以將一臺風(fēng)力發(fā)電機組的所有部分 — 如變槳、發(fā)電機、變頻器和制動(dòng)器的操作管理和控制，以及狀態(tài)檢測和風(fēng)場(chǎng)網(wǎng)絡(luò )監控 — 都整合到同一個(gè)平臺上。它無(wú)需使用特殊硬件，可顯著(zhù)降低風(fēng)力發(fā)電機組基礎電氣設備的成本和維護費用，同時(shí)提高了風(fēng)力發(fā)電機組的可利用率。
       
  開(kāi)放、可擴展的自動(dòng)化軟件 TwinCAT 是 Beckhoff 基于PC 控制平臺的核心組成部分。開(kāi)放式接口允許集成第三方軟件，例如用于 SCADA、狀態(tài)監測、障礙照明或者基礎監測等軟件。這些功能的硬件接口通過(guò)標準的 EtherCAT 端子模塊集成到控制系統中?？梢允褂酶鞣N接口集成下位現場(chǎng)總線(xiàn)，例如 CANopen、PROFIBUS 和 Ethernet TCP/IP 以及 RS232/RS485。將子系統重新部署到現場(chǎng)大大減少了基礎設施費用并簡(jiǎn)化了通訊。

  超高速風(fēng)場(chǎng)網(wǎng)絡(luò )監控系統：響應時(shí)間低于1 ms

  與傳統的 IP 解決方案相比，基于 EtherCAT 的風(fēng)場(chǎng)網(wǎng)絡(luò )監控系統響應速度更快且成本優(yōu)勢更高。風(fēng)場(chǎng)網(wǎng)絡(luò )監控系統的速度越快，能量供應源對于電壓跌落或不斷變化的要求的反應就越靈敏。通過(guò)集成在自動(dòng)化系統中的 EtherCAT 電力測量端子模塊可以在公共接入點(diǎn)以高達 10000 個(gè)采樣點(diǎn)/秒的速度測量瞬時(shí)電流和電壓值，從而保證能夠對電壓跌落進(jìn)行早期的診斷。與替代方案不同，它可以讓整個(gè)風(fēng)場(chǎng)實(shí)現低電壓穿越（LVRT）。因此，如果在公共接入點(diǎn)診斷出有電壓跌落，它可以在1 ms 的時(shí)間內將信號傳輸給整個(gè)風(fēng)場(chǎng)的所有風(fēng)力發(fā)電機組。通過(guò) EtherCAT 中的分布式時(shí)鐘，所有風(fēng)力發(fā)電機組的測量值和風(fēng)場(chǎng)公共接入點(diǎn)的測量可以在不到 1 μs 的時(shí)間內同步。有了這些數據，電流、電壓和頻率可以得到相應控制且電網(wǎng)可以得到最優(yōu)的支持?？梢允褂矛F有的光纖以太網(wǎng)結構。使用這項技術(shù)甚至還可以實(shí)現與風(fēng)場(chǎng)內的各風(fēng)機變流器的 IGBT同步。

  集成式狀態(tài)監測解決方案

  由于對風(fēng)力發(fā)電機組可利用率的嚴格規定和需求的提高，狀態(tài)監測系統（CMS）也變得越來(lái)越重要?；?PC 和 EtherCAT 技術(shù)的控制平臺將 CMS 功能無(wú)縫集成到現有的自動(dòng)化系統中，CMS可以用于監測所有風(fēng)力發(fā)電機組的狀態(tài)，包括齒輪箱、主軸承和發(fā)電機。除了相當大的成本優(yōu)勢和靈活的可擴展性之外，該解決方案的診斷性能也更高。CMS 功能通過(guò) Beckhoff EtherCAT 端子模塊（如 EL3632）集成到 I/O 端子模塊系統中。數據通過(guò)端子模塊采集，然后通過(guò) TwinCAT 自動(dòng)化軟件平臺在控制器內將原始數據轉化為可用數據。CMS 軟件的實(shí)時(shí)組件通過(guò) TwinCAT 集成到控制器中。CMS 分析軟件診斷采集到的數據并啟動(dòng)相應的下游服務(wù)，用戶(hù)可以通過(guò)一個(gè)標準接口（比如OPC）連接 CMS分析軟件。這一結構使他們的用戶(hù)能夠更接近他們的實(shí)際目標：使用實(shí)時(shí)同步數據監測整臺風(fēng)機狀態(tài)，而不是單個(gè)部件的診斷。

  TwinCAT 3 — 通用控制平臺降低工程成本

  TwinCAT 讓用戶(hù)能夠非常自由地選擇編程語(yǔ)言：除了面向對象的擴展 IEC61131-3 標準語(yǔ)言擴展外，C 和 C++ 現在也可用作實(shí)時(shí)應用程序的編程語(yǔ)言。例如，通過(guò)集成 Matlab®/Simulink® ， TwinCAT 3 也可以用于設備仿真和載荷計算。
 
                      

   基于 PC 的自動(dòng)化控制技術(shù)可以提供一個(gè)功能強大的控制器，它能夠將一個(gè)風(fēng)力發(fā)電機組的所有組件 — 例如變槳、發(fā)電機、變頻器和制動(dòng)器的操作管理和控制，以及狀態(tài)監測和風(fēng)場(chǎng)網(wǎng)絡(luò )監控 — 都整合到同一個(gè)平臺上。