EtherCAT 光纖通訊網(wǎng)絡(luò)，用于連接高效靈活的風(fēng)力發(fā)電機(jī)組
為了確保風(fēng)場擴(kuò)建后能夠為蘇格蘭格拉斯哥市可靠地供電，運(yùn)營商使用了 EtherCAT 高速通訊系統(tǒng)及相應(yīng)的控制組件。
圖片顯示了一組 PCC（公共連接點）
近日，歐洲風(fēng)能協(xié)會發(fā)布了一些預(yù)測數(shù)據(jù)：歐洲風(fēng)電將取得進(jìn)一步的動態(tài)發(fā)展，到 2020 年，風(fēng)電總裝機(jī)容量將實現(xiàn) 64％ 的增長。作為這一發(fā)展的組成部分，數(shù)十臺總輸出量為 217 兆瓦的風(fēng)力發(fā)電機(jī)最近由法國阿爾斯通公司安裝在了蘇格蘭風(fēng)場中。極速EtherCAT通訊網(wǎng)絡(luò)和Beckhoff相應(yīng)的 I/O 組件構(gòu)成這一歐洲最大陸上風(fēng)電項目的通訊主干。
阿爾斯通這一最新的風(fēng)電項目主要在蘇格蘭格拉斯哥附近擴(kuò)建的 Whitelee 風(fēng)場中運(yùn)行。新增的 217 兆瓦的裝機(jī)容量，足夠滿足 124,000 戶家庭的用電需求。此次陸上風(fēng)場的擴(kuò)建為整個歐洲大陸設(shè)立了新標(biāo)準(zhǔn)，此外，這也是阿爾斯通功能強(qiáng)大的 ECO 100 風(fēng)力發(fā)電機(jī)的第一個大型項目。阿爾斯通在該風(fēng)場總共安裝了 69 臺3 兆瓦的 ECO 100 風(fēng)力發(fā)電機(jī)，6 臺1.67 兆瓦的 ECO 74 風(fēng)力發(fā)電機(jī)。
先進(jìn)的控制技術(shù)確保可靠的風(fēng)場運(yùn)營
阿爾斯通的 Wind e-control? 系統(tǒng)負(fù)責(zé)風(fēng)場內(nèi)的控制任務(wù)，如電壓、功率和頻率控制。例如，為了檢查風(fēng)電場并網(wǎng)轉(zhuǎn)換點處的無功功率，Wind e-control? 系統(tǒng)從風(fēng)場采取了各種措施。每個相應(yīng)國家的電網(wǎng)準(zhǔn)則都可以通過此控制系統(tǒng)可靠地實現(xiàn)。電網(wǎng)準(zhǔn)則中描述的要求是為了保證電網(wǎng)的穩(wěn)定，在可再生能源產(chǎn)業(yè)不斷擴(kuò)大時這是最重要的。除此之外，控制系統(tǒng)允許在控制室進(jìn)行現(xiàn)場運(yùn)營管理或通過與 SCADA 系統(tǒng)進(jìn)行數(shù)據(jù)通訊遠(yuǎn)程進(jìn)行管理。Wind e-control? 系統(tǒng)已首次在這個風(fēng)場中安裝并成功應(yīng)用。
阿爾斯通的并網(wǎng)設(shè)計工程師 Vicenc Casadevall 描述了控制系統(tǒng)的一些關(guān)鍵細(xì)節(jié)：“一方面，我們有無功功率控制（RPC），它有三個調(diào)節(jié)模式。通過在‘電壓控制’模式下控制無功功率，能夠根據(jù)風(fēng)電場運(yùn)營商的規(guī)定調(diào)整轉(zhuǎn)換點，即公共連接點（PCC）的電壓。在‘功率因數(shù)控制’模式中，可以控制 PCC 的功率因數(shù)。‘無功功率控制’模式能夠讓風(fēng)電場運(yùn)營商擁有一定的無功功率容量。另一方面，我們還有有功功率控制（APC），它有二個調(diào)節(jié)模式。通過在‘有功功率限制’模式下控制有功功率，可以限制風(fēng)場的有功功率輸出。在‘頻率控制’模式中，如果頻率超過一定水平，有功功率輸出將會被限制。”
EtherCAT 用作高速的并且經(jīng)濟(jì)的數(shù)據(jù)通訊的基礎(chǔ)
EtherCAT 是 Wind e-control? 系統(tǒng)的另一個核心技術(shù)。這一功能強(qiáng)大的數(shù)據(jù)通訊網(wǎng)絡(luò)，不僅適用于單臺風(fēng)力發(fā)電機(jī)，它對風(fēng)場網(wǎng)絡(luò)也特別重要。風(fēng)電場和風(fēng)力發(fā)電機(jī)控制的周期時間為 5 毫秒，并且它們相互間同步，使得風(fēng)場電壓控制的響應(yīng)時間低于 200 毫秒。
Vicenc Casadevall 回憶道：”由于我們必須滿足充滿挑戰(zhàn)的時間要求，阿爾斯通的研發(fā)團(tuán)隊尋求一種具有操作確定性的通信協(xié)議。最終，我們選擇了 EtherCAT 協(xié)議。它運(yùn)行可靠，速度快，完全符合我們的要求。”
Dirk Kordtomeikel, Beckhoff 風(fēng)電行業(yè)經(jīng)理強(qiáng)調(diào)了 EtherCAT 系統(tǒng)除了其速度之外的成本優(yōu)勢：“現(xiàn)在，風(fēng)場網(wǎng)絡(luò)監(jiān)控設(shè)備大部分都基于光纜。這些光纜都與 EtherCAT 兼容，允許我們在安裝過程中利用現(xiàn)有的電纜網(wǎng)絡(luò)，不會產(chǎn)生額外費(fèi)用。此外，基于 EtherCAT 的風(fēng)場網(wǎng)絡(luò)滿足電纜冗余的要求。反過來，與其它總線系統(tǒng)的連接還可以提高整個系統(tǒng)的開放性和靈活性。運(yùn)營商能夠以比其它實時以太網(wǎng)協(xié)議更低的成本獲得這些好處。
EtherCAT 能夠跨越長距離
一個 Beckhoff EK1100 EtherCAT 耦合器鏈接控制站中的 I/O 層。種類齊全的 EtherCAT 端子模塊可處理風(fēng)場自動運(yùn)行中出現(xiàn)的所有信號形式。另外一個 EK1100 耦合器與各個 EK1521 EtherCAT 光纖拓展端子模塊通訊。與帶光纖接口的 EK1501 EtherCAT 耦合器配套，它們在各個風(fēng)力發(fā)電機(jī)組間建立了靈活、可擴(kuò)展的光纖網(wǎng)絡(luò)。標(biāo)準(zhǔn)以太網(wǎng)電纜允許兩個站點之間的距離為 100 米，兩個光纖裝置之間的距離可以更長：使用多模玻璃光纖連接可達(dá) 2 公里，而使用單模玻璃光纖連接甚至可達(dá) 20 公里。
硬件和軟件組件協(xié)同工作
除了對高速數(shù)據(jù)通訊的需求之外，硬件和軟件的操作可靠性也是絕對重要的，特別是對于處在惡劣環(huán)境條件下的風(fēng)力發(fā)電機(jī)組來說，例如劇烈的振動和 -60℃...+55℃ 的工作溫度。與 Beckhoff 的緊密合作對于 Vicenc Casadevall 來說是一個重要因素：“由于是 Beckhoff 發(fā)明了 EtherCAT，對我們來說很清楚的一點就是，可以從 Beckhoff 購買最好的硬件和軟件解決方案，以實現(xiàn)與這個現(xiàn)場總線系統(tǒng)最佳匹配。不僅如此，Beckhoff 在自動化技術(shù)林領(lǐng)域，特別是在風(fēng)電行業(yè)，有著悠久的歷史，在阿爾斯通也享有很好的聲譽(yù)。”
