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    EtherCAT 光纖通訊網絡，用于連接高效靈活的風力發電機組

為了確保風場擴建后能夠為蘇格蘭格拉斯哥市可靠地供電，運營商使用了 EtherCAT 高速通訊系統及相應的控制組件。圖片顯示了一組 PCC（公共連接點）

    近日，歐洲風能協會發布了一些預測數據：歐洲風電將取得進一步的動態發展，到 2020 年，風電總裝機容量將實現 64％ 的增長。作為這一發展的組成部分，數十臺總輸出量為 217 兆瓦的風力發電機最近由法國阿爾斯通公司安裝在了蘇格蘭風場中。極速EtherCAT通訊網絡和Beckhoff相應的 I/O 組件構成這一歐洲最大陸上風電項目的通訊主干。

    阿爾斯通這一最新的風電項目主要在蘇格蘭格拉斯哥附近擴建的 Whitelee 風場中運行。新增的 217 兆瓦的裝機容量，足夠滿足 124,000 戶家庭的用電需求。此次陸上風場的擴建為整個歐洲大陸設立了新標準，此外，這也是阿爾斯通功能強大的 ECO 100風力發電機的第一個大型項目。阿爾斯通在該風場總共安裝了 69臺3 兆瓦的 ECO 100 風力發電機，6 臺1.67 兆瓦的 ECO 74 風力發電機。

    先進的控制技術確保可靠的風場運營

    阿爾斯通的 Wind e-control 系統負責風場內的控制任務，如電壓、功率和頻率控制。例如，為了檢查風電場并網轉換點處的無功功率，Wind e-control 系統從風場采取了各種措施。每個相應國家的電網準則都可以通過此控制系統可靠地實現。電網準則中描述的要求是為了保證電網的穩定，在可再生能源產業不斷擴大時這是最重要的。除此之外，控制系統允許在控制室進行現場運營管理或通過與 SCADA 系統進行數據通訊遠程進行管理。
 

  Wind e-control系統用于每個變電站，確保風場中各個風力發電機之間的EtherCAT數據傳輸安全

    Wind e-control系統已首次在這個風場中安裝并成功應用。阿爾斯通的并網設計工程師 Vicenc Casadevall 描述了控制系統的一些關鍵細節：“一方面，我們有無功功率控制（RPC），它有三個調節模式。通過在‘電壓控制’模式下控制無功功率，能夠根據風電場運營商的規定調整轉換點，即公共連接點（PCC）的電壓。在‘功率因數控制’模式中，可以控制 PCC 的功率因數。‘無功功率控制’模式能夠讓風電場運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），它有二個調節模式。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 用作高速的并且經濟的數據通訊的基礎

    EtherCAT 是 Wind e-control 系統的另一個核心技術。這一功能強大的數據通訊網絡，不僅適用于單臺風力發電機，它對風場網絡也特別重要。風電場和風力發電機控制的周期時間為 5 毫秒，并且它們相互間同步，使得風場電壓控制的響應時間低于200 毫秒。

    Vicenc Casadevall 回憶道：”由于我們必須滿足充滿挑戰的時間要求，阿爾斯通的研發團隊尋求一種具有操作確定性的通信協議。最終，我們選擇了 EtherCAT 協議。它運行可靠，速度快，完全符合我們的要求。”

    Dirk Kordtomeikel, Beckhoff 風電行業經理強調了 EtherCAT系統除了其速度之外的成本優勢：“現在，風場網絡監控設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有的電纜網絡，不會產生額外費用。此外，基于EtherCAT 的風場網絡滿足電纜冗余的要求。反過來，與其它總線系統的連接還可以提高整個系統的開放性和靈活性。運營商能夠以比其它實時以太網協議更低的成本獲得這些好處。

    EtherCAT 能夠跨越長距離

    一個 EK1100 EtherCAT 耦合器鏈接控制站中的 I/O 層。種類齊全的 EtherCAT 端子模塊可處理風場自動運行中出現的所有信號形式。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，它們在各個風力發電機組間建立了靈活、可擴展的光纖網絡。標準以太網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 2 公里，而使用單模玻璃光纖連接甚至可達 20 公里。

    硬件和軟件組件協同工作

除了對高速數據通訊的需求之外，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境條件下的風力發電機組來說，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，以實現與這個現場總線系統最佳匹配。不僅如此，Beckhoff 在自動化技術領域，特別是在風電行業，有著悠久的歷史，在阿爾斯通也享有很好的聲譽。”
 

EatherCAT 拓撲結構的整體示意圖顯示風場中由呵呵具體模塊處理的功能

    摘自《自動化博覽》5月刊