倍?；赑C的控制技術提高機組可利用率及性能

文 | Dirk Kordtomeikel

盡管此前美國政府針對風電行業(yè)的補貼有所波動，但仍將繼續(xù)支持使用單臺風電機組的項目。在大多情況下，美國的運營商利用投資稅收來抵免1兆瓦以下的風電項目。因此，這個細分市場近年來保持了強勁的增長，而這個市場，也是機組制造商Renewtech LLC公司最擅長的領域。

Renewtech總部位于明尼蘇達州Elbow Lake，主要經營 99千瓦失速型風力發(fā)電機組。該公司的服務范圍包括系統(tǒng)規(guī)劃、設計、機艙和控制單元組裝到轉子和風電塔筒的生產。

Renewtech還利用其經驗豐富的專家團隊來改造和監(jiān)測現有的系統(tǒng)。在美國，許多50千瓦到150千瓦范圍內的機組都建于上世紀80年代和90年代，以今天的標準來看，技術已經變得不再可靠且低效。

“我們看到了維修和更換等方面的巨大需求，Renewtech有能力維護其中許多設施?！盧enewtech公司業(yè)務發(fā)展總監(jiān) Jackie Chelemedos解釋道。

例如，Renewtech項目所服務的典型客戶，是由學校等公共機構或農牧場所運營的風電機組。

傳統(tǒng)機組控制不再滿足需求

Renewtech的風電機組有20年的質保期，取決于各地風況，可在7到12年內收回成本。如此長的質保期根植于該公司所采用高品質的元件以及其設計余量，遠遠超出了常規(guī)機組的對于風力峰值的需求。這在可能有大風的地區(qū)尤為關鍵。

“對于我們的 99千瓦機組，使用了專為150千瓦機組所設計的齒輪，齒輪比約為 2.3，使其能夠在風力峰值中達到超過300千瓦機組的能力?！盧enewtech公司的高級調試技術員Matt Kugler解釋。

此外，Renewtech機組可以安裝兩個發(fā)電機，而不是一個。盡管系統(tǒng)具有高可靠性和設計余量，但對于Renewtech及其客戶來說，具有遠程訪問和診斷功能才是一個關鍵優(yōu)勢：“我們記錄每個機組和整個風電場的數據，還會在總部存儲所有風電場數據。我們可以在總部遠程監(jiān)控所有的機組?！盞ugler解釋道。

2012年，Renewtech開始進入了其系統(tǒng)開發(fā)的另一階段，對 99千瓦機組的控制進行批判性分析。事實證明，此前使用的平臺面臨一些限制，如有限的廠商支持、系統(tǒng)與標準媒介和網絡連接問題，以及不夠靈活的軟件。簡而言之，該公司需要為其風電機組尋求一個新的控制平臺。

“我們知道，倍福公司在全球風電機組市場上一直非常成功，它的技術非常適合我們的 99千瓦機組?！盧enewtech公司運營總監(jiān) Steve Martineau回憶道。在隨后的開發(fā)和測試階段，倍福的應用工程師幫助Renewtech為新一代風電機組進行了重新編程。此后不久，倍福認為基于PC的控制技術和EtherCAT作為通信系統(tǒng)能夠最佳滿足其需求。

基于PC的自動化技術推動風電機組的現代化改造

用于Renewtech 99千瓦雙發(fā)電機風電機組的標準控制系統(tǒng)，由一臺采用Windows CE和裝有Beckhoff TwinCAT PLC Runtime的Beckhoff CX5020嵌入式控制器、一個Beckhoff TwinCAT SMS/ SMTP服 務 器 和EtherCAT I/O端子模塊組成。對于由 50個風電機組構成的風電場，C69xx系列工業(yè) PC也被用作服務器。CX5020被用作機組的中央控制器，監(jiān)測饋電情況、進行必要的風向對準、記錄數據并生成故障消息。除了執(zhí)行PLC、測量和通信功能之外，CX5020運行HMI軟件用于在風電機組上進行可視化監(jiān)測在美國安裝的Renewtech機組?！皯{借其-25℃到+60℃的寬廣溫度適應范圍，它也可以安裝在氣候炎熱的地區(qū)?！盨teve Martineau說道。

Renewtech機組連續(xù)地記錄著數據?！氨陡Ｈ嚯娏y量端子模塊EL3413為我們提供了最重要的數據。例如，它讓我們能夠進行電力和頻率測量以及管理我們復雜的480伏系統(tǒng)。”Matt Kugler說道?！罢业届`活、經濟并且容易整合的電力測量系統(tǒng)并不總是容易的。大多數設備都是獨立系統(tǒng)，需要特殊的硬件、軟件和具有其他層面的復雜性。他們也很昂貴?！睅eckhoff EL3413端子模塊的系統(tǒng)通過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(jiān)控報警簡單地通過電子郵件發(fā)送給Renewtech專家，從而可以遠程解決故障或請求當地的協助。

“對我們來說，特別重要的是Beckhoff EtherCAT加/減計數器端子模塊EL1502，它可以監(jiān)測兩臺發(fā)電機的主軸速度以及借助風速計測定風速?！盡att Kugler解釋。

加/減計數器用于計算二進制脈沖，并以電氣隔離的形式將計數器數值傳輸到上游的自動化設備中。“總之，可以肯定地說，倍福擁有種類繁多的EtherCAT I/O特殊功能端子模塊，讓我們能夠跟上最新發(fā)展?！盞ugler補充說道?！袄?，如果我們要在所有的風電機組上增加振動監(jiān)測功能，可以通過EtherCAT CMS端子模塊EL3632輕松集成這一功能?！?/p>

對于Renewtech來說，讓客戶滿意是一件輕而易舉的事

“自從我們在Renewtech機組中增加了倍福的控制系統(tǒng)，其可靠性和可用性至少提升了50%?！盨teve Martineau說?！岸?，由于可利用率是發(fā)電的前提保障，而發(fā)電為我們的客戶帶來利潤，其重要性怎么強調也不過分?！?/p>

然而，對于在風電機組和風電場網絡中使用EtherCAT可以帶來額外的好處，Steve Martineau說道：“轉向使用EtherCAT之后，我們只需要兩個易于處理的標準型連接器，而不是用于80個連接點的40根銅電纜。這為我們每臺機組節(jié)省了兩到三個工時的布線工作時間?！?/p>

“根據我們的積極體驗，將來我們將給自己所有的風電機組配備倍福控制器。”Jackie Chelemedos總結道。