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    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(chǎng)擴(kuò)建后能夠?yàn)樘K格蘭格拉斯哥市可靠地供電，運(yùn)營(yíng)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(diǎn)）

    近日，歐洲風(fēng)能協(xié)會(huì)發(fā)布了一些預(yù)測(cè)數(shù)據(jù)：歐洲風(fēng)電將取得進(jìn)一步的動(dòng)態(tài)發(fā)展，到 2020 年，風(fēng)電總裝機(jī)容量將實(shí)現(xiàn) 64％ 的增長(zhǎng)。作為這一發(fā)展的組成部分，數(shù)十臺(tái)總輸出量為 217 兆瓦的風(fēng)力發(fā)電機(jī)最近由法國(guó)阿爾斯通公司安裝在了蘇格蘭風(fēng)場(chǎng)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(xiàng)目的通訊主干。

    阿爾斯通這一最新的風(fēng)電項(xiàng)目主要在蘇格蘭格拉斯哥附近擴(kuò)建的 Whitelee 風(fēng)場(chǎng)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(chǎng)的擴(kuò)建為整個(gè)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(gè)大型項(xiàng)目。阿爾斯通在該風(fēng)場(chǎng)總共安裝了 69臺(tái)3 兆瓦的 ECO 100 風(fēng)力發(fā)電機(jī)，6 臺(tái)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(chǎng)運(yùn)營(yíng)

    阿爾斯通的 Wind e-control 系統(tǒng)負(fù)責(zé)風(fēng)場(chǎng)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(chǎng)并網(wǎng)轉(zhuǎn)換點(diǎn)處的無功功率，Wind e-control 系統(tǒng)從風(fēng)場(chǎng)采取了各種措施。每個(gè)相應(yīng)國(guó)家的電網(wǎng)準(zhǔn)則都可以通過此控制系統(tǒng)可靠地實(shí)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(shí)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(chǎng)運(yùn)營(yíng)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)用于每個(gè)變電站，確保風(fēng)場(chǎng)中各個(gè)風(fēng)力發(fā)電機(jī)之間的EtherCAT數(shù)據(jù)傳輸安全

    Wind e-control系統(tǒng)已首次在這個(gè)風(fēng)場(chǎng)中安裝并成功應(yīng)用。阿爾斯通的并網(wǎng)設(shè)計(jì)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(gè)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(chǎng)運(yùn)營(yíng)商的規(guī)定調(diào)整轉(zhuǎn)換點(diǎn)，即公共連接點(diǎn)（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(chǎng)運(yùn)營(yíng)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(gè)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(chǎng)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(huì)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(gè)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(tái)風(fēng)力發(fā)電機(jī)，它對(duì)風(fēng)場(chǎng)網(wǎng)絡(luò)也特別重要。風(fēng)電場(chǎng)和風(fēng)力發(fā)電機(jī)控制的周期時(shí)間為 5 毫秒，并且它們相互間同步，使得風(fēng)場(chǎng)電壓控制的響應(yīng)時(shí)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(shí)間要求，阿爾斯通的研發(fā)團(tuán)隊(duì)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(shì)：“現(xiàn)在，風(fēng)場(chǎng)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?cè)诎惭b過程中利用現(xiàn)有的電纜網(wǎng)絡(luò)，不會(huì)產(chǎn)生額外費(fèi)用。此外，基于EtherCAT 的風(fēng)場(chǎng)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(gè)系統(tǒng)的開放性和靈活性。運(yùn)營(yíng)商能夠以比其它實(shí)時(shí)以太網(wǎng)協(xié)議更低的成本獲得這些好處。

    EtherCAT 能夠跨越長(zhǎng)距離

    一個(gè) 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(chǎng)自動(dòng)運(yùn)行中出現(xiàn)的所有信號(hào)形式。另外一個(gè) EK1100 耦合器與各個(gè) 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?cè)诟鱾€(gè)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(gè)站點(diǎn)之間的距離為 100 米，兩個(gè)光纖裝置之間的距離可以更長(zhǎng)：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(duì)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(duì)重要的，特別是對(duì)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(dòng)和 -60℃...+55℃ 的工作溫度。與Beckhoff 的緊密合作對(duì)于 Vicenc Casadevall 來說是一個(gè)重要因素：“由于是 Beckhoff 發(fā)明了 EtherCAT，對(duì)我們來說很清楚的一點(diǎn)就是，可以從 Beckhoff 購(gòu)買最好的硬件和軟件解決方案，以實(shí)現(xiàn)與這個(gè)現(xiàn)場(chǎng)總線系統(tǒng)最佳匹配。不僅如此，Beckhoff 在自動(dòng)化技術(shù)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)。”
 

EatherCAT 拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的整體示意圖顯示風(fēng)場(chǎng)中由呵呵具體模塊處理的功能

    摘自《自動(dòng)化博覽》5月刊