倍福基于PC的控制技术提高机组可利用率及性能

文 | Dirk Kordtomeikel

尽管此前美国政府针对风电行业的补贴有所波动，但仍将继续支持使用单台风电机组的项目。在大多情况下，美国的运营商利用投资税收来抵免1兆瓦以下的风电项目。因此，这个细分市场近年来保持了强劲的增长，而这个市场，也是机组制造商Renewtech LLC公司最擅长的领域。

Renewtech总部位于明尼苏达州Elbow Lake，主要经营 99千瓦失速型风力发电机组。该公司的服务范围包括系统规划、设计、机舱和控制单元组装到转子和风电塔筒的生产。

Renewtech还利用其经验丰富的专家团队来改造和监测现有的系统。在美国，许多50千瓦到150千瓦范围内的机组都建于上世纪80年代和90年代，以今天的标准来看，技术已经变得不再可靠且低效。

“我们看到了维修和更换等方面的巨大需求，Renewtech有能力维护其中许多设施。”Renewtech公司业务发展总监 Jackie Chelemedos解释道。

例如，Renewtech项目所服务的典型客户，是由学校等公共机构或农牧场所运营的风电机组。

传统机组控制不再满足需求

Renewtech的风电机组有20年的质保期，取决于各地风况，可在7到12年内收回成本。如此长的质保期根植于该公司所采用高品质的元件以及其设计余量，远远超出了常规机组的对于风力峰值的需求。这在可能有大风的地区尤为关键。

“对于我们的 99千瓦机组，使用了专为150千瓦机组所设计的齿轮，齿轮比约为 2.3，使其能够在风力峰值中达到超过300千瓦机组的能力。”Renewtech公司的高级调试技术员Matt Kugler解释。

此外，Renewtech机组可以安装两个发电机，而不是一个。尽管系统具有高可靠性和设计余量，但对于Renewtech及其客户来说，具有远程访问和诊断功能才是一个关键优势：“我们记录每个机组和整个风电场的数据，还会在总部存储所有风电场数据。我们可以在总部远程监控所有的机组。”Kugler解释道。

2012年，Renewtech开始进入了其系统开发的另一阶段，对 99千瓦机组的控制进行批判性分析。事实证明，此前使用的平台面临一些限制，如有限的厂商支持、系统与标准媒介和网络连接问题，以及不够灵活的软件。简而言之，该公司需要为其风电机组寻求一个新的控制平台。

“我们知道，倍福公司在全球风电机组市场上一直非常成功，它的技术非常适合我们的 99千瓦机组。”Renewtech公司运营总监 Steve Martineau回忆道。在随后的开发和测试阶段，倍福的应用工程师帮助Renewtech为新一代风电机组进行了重新编程。此后不久，倍福认为基于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的自动化技术推动风电机组的现代化改造

用于Renewtech 99千瓦双发电机风电机组的标准控制系统，由一台采用Windows CE和装有Beckhoff TwinCAT PLC Runtime的Beckhoff CX5020嵌入式控制器、一个Beckhoff TwinCAT SMS/ SMTP服 务 器 和EtherCAT I/O端子模块组成。对于由 50个风电机组构成的风电场，C69xx系列工业 PC也被用作服务器。CX5020被用作机组的中央控制器，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软件用于在风电机组上进行可视化监测在美国安装的Renewtech机组。“凭借其-25℃到+60℃的宽广温度适应范围，它也可以安装在气候炎热的地区。”Steve Martineau说道。

Renewtech机组连续地记录着数据。“倍福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，需要特殊的硬件、软件和具有其他层面的复杂性。他们也很昂贵。”带Beckhoff EL3413端子模块的系统通过EtherCAT和Beckhoff 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，从而可以远程解决故障或请求当地的协助。

“对我们来说，特别重要的是Beckhoff 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。

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，倍福拥有种类繁多的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，如果我们要在所有的风电机组上增加振动监测功能，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Renewtech机组中增加了倍福的控制系统，其可靠性和可用性至少提升了50%。”Steve Martineau说。“而且，由于可利用率是发电的前提保障，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，对于在风电机组和风电场网络中使用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。这为我们每台机组节省了两到三个工时的布线工作时间。”

“根据我们的积极体验，将来我们将给自己所有的风电机组配备倍福控制器。”Jackie Chelemedos总结道。