基于PC的控制技术提高风力发电机组的可用性和性能
发布时间：2017-11-15 14:23:00 作者：普能办公室
Renewtech 的风力发电机组有 20 年的质保期，可在七到十二年内收回成本，这取决于每个特定地点的利用率。长质保期的基础是公司采用高品质的元件以及它的容量余量，远远超出了常规风力发电机组的峰值需求。这在可能有大风的地区尤为关键。“对于我们的 99 千瓦系统，我们使用了专为 150 千瓦设计的齿轮，齿轮比约为 2.3，使它们能够在高峰期时处理超过 300 千瓦。”Renewtech 公司的高级调试技术员 Matt Kugler 解释说道。“此外，Renewtech 的风力发电机组可以操作两个发电机，而不是一个。尽管系统具有高可靠性和冗余性，对于 Renewtech 及其客户来说，具有远程访问和诊断功能是一个关键优势：“我们记录每个风力发电机和整个风电场的数据。我们还会在我们总部存储所有风电场数据。我们可以从这里远程监控所有的风力发电机组。“Kugler 解释道。
2012 年，Renewtech 进入了系统开发的下一阶段，对其 99 千瓦的风力发电机组的控制进行批判性分析。事实证明，当时使用的平台面临一些限制，如受限的厂商支持、系统与标准媒介和网络的连接有问题以及不灵活的软件。简而言之，公司需要为其风力发电机组寻求一个新的控制平台。“我们知道，Beckhoff 公司在全球风力发电机组市场上一直非常成功，它的技术非常适合我们的 99 千瓦系统。”Renewtech 公司运营总监 Steve Martineau 回忆道。在随后的开发和测试阶段，Beckhoff 的应用工程师帮助 Renewtech 为新一代风力发电机组进行了重新编程。此后不久，公司认为基于 PC 的控制技术和 EtherCAT 作为通信系统能够最佳满足其需求。
基于 PC 的自动化技术推动力风力发电机组的现代化改造进程
用于 Renewtech 的 99 千瓦的双发电机系统的标准控制系统由一台采用 Windows CE 和装有 TwinCAT
PLC Runtime 的 CX5020 嵌入式控制器、一个 TwinCAT SMS/ SMTP 服务器和 EtherCAT I/O 端子模块组成。对于由 50 个风力发电机组构成的风电场，C69xx 系列工业 PC 也被用作为服务器。CX5020 用作风力发电机组的中央控制器。它监测馈电情况、进行必要的风向对准、记录数据并生成故障消息。除了执行 PLC、测量和通信功能之外，CX5020 运行 HMI 软件，用于在风力发电机组上进行可视化并监测在美国安装的 Renewtech 系统的基础。“凭借其 -25° 到 +60°C（-13° 到+ 40°F）的宽温范围，它也可以安装在气候炎热的地区。”Steve Martineau 说道。
通过 EtherCAT 端子模块灵活和经济地进行监测
Renewtech 系统连续记录数据。“三相
电力测量端子模块 EL3413 为我们提供了最重要的数据。例如，它让我们能够进行电力和频率测量以及管理我们复杂的 480伏系统。”Matt Kugler 说道。“找到灵活、经济的并且容易整合的电力测量系统并不总是容易的。大多数设备都是独立系统，它们需要特殊的硬件、软件和其它层面的复杂性。它们也很昂贵。”带 EL3413 端子模块的系统通过 EtherCAT 和 TwinCAT 收集所有 Renewtech 应用的电力数据，并将获取的状态信息发送到 Elbow Lake 的公司总部。电力监控报警简单地通过
电子邮件发送给 Renewtech 专家，它可以远程解决故障或请求本地帮助。
“对我们来说，特别重要的是 EtherCAT 加/减计数器端子模块 EL1502，它可以监测两台发电机的主轴速度以及借助风速计测定风速。”Matt Kugler 解释说。加/减计数器用于计算二进制脉冲，并以
电气隔离的形式将计数器数值传输到上游的自动化设备中。“总之，可以肯定地说，Beckhoff 拥有种类繁多的 EtherCAT I/O 特殊功能端子模块，让我们能够跟上最新发展。”Kugler 补充说道。“例如，如果我们要在我们所有的风力发电机组上增加振动监测功能，我们可以通过 EtherCAT CMS 端子模块 EL3632 轻松集成这一功能。”
对于 Renewtech 来说，让客户满意是一件轻而易举的事“自从我们在我们的 Renewtech 风力发电机组中增加了 Beckhoff 的控制系统，其可靠性和可用性至少提升了 50%。”Steve Martineau 如是说。“而且，由于可用性是发电的前提条件，而发电为我们的客户带来利润，其重要性怎么强调也不过
分。”然而，在风力发电机组和风场网络中使用 EtherCAT 可以带来额外的好处，Steve Martineau 说道：“转向使用 EtherCAT 之后，我们只需要两个易于处理的标准型连接器，而不是用于 80 个连接点的 40 根铜电缆。这为我们每台风机节省了两到三个工时的布线工作。”“根据我们的积极体验，将来，我们将给我们所有的风力发电机组配备 Beckhoff 控制器。”Jackie Chelemedos 总结道。
