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

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

　　Beckhoff 自動化技術(shù)已在全球范圍內(nèi)的風力發(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的自動化技術(shù)提供了功能強大的控制器，它們可以將一臺風力發(fā)電機組的所有部分 — 如變槳、發(fā)電機、變頻器和制動器的操作管理和控制，以及狀態(tài)檢測和風場網(wǎng)絡(luò)監(jiān)控 — 都整合到同一個平臺上。它無需使用特殊硬件，可顯著降低風力發(fā)電機組基礎(chǔ)電氣設(shè)備的成本和維護費用，同時提高了風力發(fā)電機組的可利用率。

　　開放、可擴展的自動化軟件 TwinCAT 是 Beckhoff 基于PC 控制平臺的核心組成部分。開放式接口允許集成第三方軟件，例如用于 SCADA、狀態(tài)監(jiān)測、障礙照明或者基礎(chǔ)監(jiān)測等軟件。這些功能的硬件接口通過標準的 EtherCAT 端子模塊集成到控制系統(tǒng)中?？梢允褂酶鞣N接口集成下位現(xiàn)場總線，例如 CANopen、PROFIBUS 和 Ethernet TCP/IP 以及 RS232/RS485。將子系統(tǒng)重新部署到現(xiàn)場大大減少了基礎(chǔ)設(shè)施費用并簡化了通訊。

　　超高速風場網(wǎng)絡(luò)監(jiān)控系統(tǒng)：響應時間低于1 ms

　　與傳統(tǒng)的 IP 解決方案相比，基于 EtherCAT 的風場網(wǎng)絡(luò)監(jiān)控系統(tǒng)響應速度更快且成本優(yōu)勢更高。風場網(wǎng)絡(luò)監(jiān)控系統(tǒng)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。通過集成在自動化系統(tǒng)中的 EtherCAT 電力測量端子模塊可以在公共接入點以高達 10000 個采樣點/秒的速度測量瞬時電流和電壓值，從而保證能夠?qū)﹄妷旱溥M行早期的診斷。與替代方案不同，它可以讓整個風場實現(xiàn)低電壓穿越（LVRT）。因此，如果在公共接入點診斷出有電壓跌落，它可以在1 ms 的時間內(nèi)將信號傳輸給整個風場的所有風力發(fā)電機組。通過 EtherCAT 中的分布式時鐘，所有風力發(fā)電機組的測量值和風場公共接入點的測量可以在不到 1 μs 的時間內(nèi)同步。有了這些數(shù)據(jù)，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(xiàn)有的光纖以太網(wǎng)結(jié)構(gòu)。使用這項技術(shù)甚至還可以實現(xiàn)與風場內(nèi)的各風機變流器的 IGBT同步。

　　集成式狀態(tài)監(jiān)測解決方案

　　由于對風力發(fā)電機組可利用率的嚴格規(guī)定和需求的提高，狀態(tài)監(jiān)測系統(tǒng)（CMS）也變得越來越重要?；?PC 和 EtherCAT 技術(shù)的控制平臺將 CMS 功能無縫集成到現(xiàn)有的自動化系統(tǒng)中，CMS可以用于監(jiān)測所有風力發(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 Beckhoff EtherCAT 端子模塊（如 EL3632）集成到 I/O 端子模塊系統(tǒng)中。數(shù)據(jù)通過端子模塊采集，然后通過 TwinCAT 自動化軟件平臺在控制器內(nèi)將原始數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)化為可用數(shù)據(jù)。CMS 軟件的實時組件通過 TwinCAT 集成到控制器中。CMS 分析軟件診斷采集到的數(shù)據(jù)并啟動相應的下游服務，用戶可以通過一個標準接口（比如OPC）連接 CMS分析軟件。這一結(jié)構(gòu)使他們的用戶能夠更接近他們的實際目標：使用實時同步數(shù)據(jù)監(jiān)測整臺風機狀態(tài)，而不是單個部件的診斷。

　　TwinCAT 3 — 通用控制平臺降低工程成本

　　TwinCAT 讓用戶能夠非常自由地選擇編程語言：除了面向?qū)ο蟮臄U展 IEC61131-3 標準語言擴展外，C 和 C++ 現(xiàn)在也可用作實時應用程序的編程語言。例如，通過集成 Matlab®/Simulink® ， TwinCAT 3 也可以用于設(shè)備仿真和載荷計算。

　　新聞圖片

　　圖片注釋：

　　基于 PC 的自動化控制技術(shù)可以提供一個功能強大的控制器，它能夠?qū)⒁粋€風力發(fā)電機組的所有組件 — 例如變槳、發(fā)電機、變頻器和制動器的操作管理和控制，以及狀態(tài)監(jiān)測和風場網(wǎng)絡(luò)監(jiān)控 — 都整合到同一個平臺上。