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盡管替代能源行業(yè)的政府補(bǔ)貼有所波動，美國政府將繼續(xù)支持使用單風(fēng)力發(fā)電機(jī)項目利用風(fēng)能的措施。在許多情況下，運營商利用投資稅收來抵免 1 兆瓦以下的風(fēng)力發(fā)電項目。這個細(xì)分市場在 2013 年取得了特別強(qiáng)勁的增長，預(yù)計 2014 年將持 續(xù)保持增長，該市場也是風(fēng)力發(fā)電機(jī)組專家Renewtech LLC 公司最擅長的領(lǐng)域。

Renewtech主要建造和維護(hù) 99 千瓦風(fēng)力發(fā)電機(jī)組，它們在美國是非常歡迎的小型風(fēng)力發(fā)電項目

Renewtech 總部位于明尼蘇達(dá)州 Elbow Lake，主要經(jīng)營 99 千瓦失速型風(fēng)力發(fā)電機(jī)組。公司的服務(wù)范圍包括系統(tǒng)規(guī)劃、 設(shè)計、機(jī)艙和控制單元組裝到轉(zhuǎn)子和 風(fēng)力發(fā)電塔筒的生產(chǎn)。Renewtech還利用其經(jīng)驗豐富的專家團(tuán)隊的實力來改造和監(jiān)測現(xiàn)有的系統(tǒng)。在美國，許多 50 到 150 千瓦范圍內(nèi)的風(fēng)力發(fā) 電機(jī)組都建于上世紀(jì) 80 年代和 90 年代，以今天的標(biāo)準(zhǔn)來看，它們的技術(shù)已經(jīng)變得不再可靠且低效。“我們看到了整修和更換等方面的巨大需 求，Renewtech有能力維護(hù)其中許多設(shè)施。”Renewtech公司業(yè)務(wù)發(fā)展總監(jiān) Jackie Chelemedos解釋道。例如，典型的 Renewtech項目是由公共機(jī)構(gòu)（如學(xué)校和大學(xué)）以及農(nóng)場和牧場運營的風(fēng)力發(fā)電機(jī)組。

傳統(tǒng)風(fēng)力發(fā)電機(jī)組控制不再能夠滿足需求

Renewtech 的風(fēng)力發(fā)電機(jī)組有 20 年的質(zhì)保期，可在七到十二年內(nèi)收回成本，這取決于每個特定地點的利用率。長質(zhì)保期的基礎(chǔ)是公司采用高品質(zhì)的元件以及它的容量余 量，遠(yuǎn)遠(yuǎn)超出了常規(guī)風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的峰值需求。這在可能有大風(fēng)的地區(qū)尤為關(guān)鍵。“對于我們的 99 千瓦系統(tǒng)，我們使用了專為 150 千瓦設(shè)計的齒輪，齒 輪比約為 2.3，使它們能夠在高峰期時處理超過 300 千瓦。”Renewtech公司的高級調(diào)試技術(shù)員 Matt Kugler解釋說道。“此 外，Renewtech的風(fēng)力發(fā)電機(jī)組可以操作兩個發(fā)電機(jī)，而不是一個。盡管系統(tǒng)具有高可靠性和冗余性，對于Renewtech及其客戶來說，具有遠(yuǎn)程訪 問和診斷功能是一個關(guān)鍵優(yōu)勢：“我們記錄每個風(fēng)力發(fā)電機(jī)和整個風(fēng)電場的數(shù)據(jù)。我們還會在我們總部存儲所有風(fēng)電場數(shù)據(jù)。我們可以從這里遠(yuǎn)程監(jiān)控所有的風(fēng)力發(fā) 電機(jī)組。“Kugler解釋道。

2012 年，Renewtech進(jìn)入了系統(tǒng)開發(fā)的 下一階段，對其 99 千瓦的風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的控制進(jìn)行批判性分析。事實證明，當(dāng)時使用的平臺面臨一些限制，如受限的廠商支持、系統(tǒng)與標(biāo)準(zhǔn)媒介和網(wǎng)絡(luò)的連接 有問題以及不靈活的軟件。簡而言之，公司需要為其風(fēng)力發(fā)電機(jī)組尋求一個新的控制平臺。“我們知道，Beckhoff公司在全球風(fēng)力發(fā)電機(jī)組市場上一直非常 成功，它的技術(shù)非常適合我們的 99 千瓦系統(tǒng)。”Renewtech公司運營總監(jiān) Steve Martineau 回憶道。在隨后的開發(fā)和測試階 段，Beckhoff的應(yīng)用工程師幫助Renewtech為新一代風(fēng)力發(fā)電機(jī)組進(jìn)行了重新編程。此后不久，公司認(rèn)為基于 PC 的控制技術(shù)和 EtherCAT作為通信系統(tǒng)能夠最佳滿足其需求。

基于 PC 的自動化技術(shù)推動力風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的現(xiàn)代化改造進(jìn)程

用 于Renewtech的 99 千瓦的雙發(fā)電機(jī)系統(tǒng)的標(biāo)準(zhǔn)控制系統(tǒng)由一臺采用 Windows CE 和裝有 TwinCAT PLC Runtime 的 Beckhoff  CX5020 嵌入式控制器、一個 Beckhoff  TwinCAT SMS/ SMTP 服務(wù)器和EtherCAT I/O 端子模塊組成。對于由 50 個風(fēng)力發(fā)電機(jī)組構(gòu)成的風(fēng)電 場，C69xx 系列工業(yè) PC 也被用作為服務(wù)器。CX5020 用作風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的中央控制器。它監(jiān)測饋電情況、進(jìn)行必要的風(fēng)向?qū)?zhǔn)、記錄數(shù)據(jù)并生成 故障消息。除了執(zhí)行 PLC、測量和通信功能之外，CX5020 運行 HMI 軟件用于在風(fēng)力發(fā)電機(jī)組上進(jìn)行可視化并監(jiān)測在美國安裝的 Renewtech系統(tǒng)的基礎(chǔ)。“憑借其 -25°到 +60°C（-13°到+ 140°F）的寬溫范圍，它也可以安裝在氣候炎熱的地 區(qū)。”Steve Martineau 說道。

Beckhoff CX5020 嵌入式控制器用作風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的中央控制器，監(jiān)測饋電情況、進(jìn)行必要的風(fēng)速和位置調(diào)整、記錄數(shù)據(jù)并發(fā)送故障消息

通過EtherCAT端子模塊靈活和經(jīng)濟(jì)地進(jìn)行監(jiān)測

一根標(biāo)準(zhǔn)的以太網(wǎng)電纜連接機(jī)艙與塔基。通訊以EtherCAT技術(shù)為基礎(chǔ)

Renewtech 系統(tǒng)連續(xù)記錄數(shù)據(jù)。“ 倍福三相電力測量端子模塊 EL3413 為我們提供了最重要的數(shù)據(jù)。例如，它讓我們能夠進(jìn)行電力和頻率測量以及管理我們復(fù)雜 的 480伏系統(tǒng)。”Matt Kugler說道。“找到靈活、經(jīng)濟(jì)的并且容易整合的電力測量系統(tǒng)并不總是容易的。大多數(shù)設(shè)備都是獨立系統(tǒng)，它們需要特殊 的硬件、軟件和其它層面的復(fù)雜性。它們也很昂貴。”帶 EL3413 端子模塊的系統(tǒng)通過EtherCAT和Beckhoff  TwinCAT收集所有 Renewtech應(yīng)用的電力數(shù)據(jù)，并將獲取的狀態(tài)信息發(fā)送到Elbow Lake 的公司總部。電力監(jiān)控報警簡單地通過電子郵件發(fā)送給 Renewtech專家，它可以遠(yuǎn)程解決故障或請求本地幫助。

由于Renewtech在其位于明尼蘇達(dá)州 Elbow Lake 的總部存儲其所有的客戶數(shù)據(jù)，它可以從這一中心位置遠(yuǎn)程監(jiān)控所有風(fēng)力發(fā)電機(jī)組

“對 我們來說，特別重要的是Beckhoff的EtherCAT加/減計數(shù)器端子模塊 EL1502，它可以監(jiān)測兩臺發(fā)電機(jī)的主軸速度以及借助風(fēng)速計測定風(fēng) 速。”Matt Kugler解釋說。加/減計數(shù)器用于計算二進(jìn)制脈沖，并以電氣隔離的形式將計數(shù)器數(shù)值傳輸?shù)缴嫌蔚淖詣踊O(shè)備中。“總之，可以肯定地 說，Beckhoff擁有種類繁多的EtherCAT I/O 特殊功能端子模塊，讓我們能夠跟上最新發(fā)展。”Kugler補(bǔ)充說道。“例如，如果我們要 在我們所有的風(fēng)力發(fā)電機(jī)組上增加振動監(jiān)測功能，我們可以通過 EtherCAT CMS 端子模塊 EL3632 輕松集成這一功能。”

對于Renewtech來說，讓客戶滿意是一件輕而易舉的事

“自 從我們在我們的Renewtech風(fēng)力發(fā)電機(jī)組中增加了Beckhoff的控制系統(tǒng)，其可靠性和可用性至少提升 了 50％。”Steve Martineau 如是說。“而且，由于可用性是發(fā)電的前提條件，而發(fā)電為我們的客戶帶來利潤，其重要性怎么強(qiáng)調(diào)也不過 分。”然而，在風(fēng)力發(fā)電機(jī)組和風(fēng)場網(wǎng)絡(luò)中使用EtherCAT可以帶來額外的好處，Steve Martineau說道：“轉(zhuǎn)向使 用 EtherCAT 之后，我們只需要兩個易于處理的標(biāo)準(zhǔn)型連接器，而不是用于 80 個連接點的 40 根銅電纜。這為我們每臺風(fēng)機(jī)節(jié)省了兩到三個工 時的布線工作。”“根據(jù)我們的積極體驗，將來，我們將給我們所有的風(fēng)力發(fā)電機(jī)組配備 Beckhoff 控制 器。”Jackie Chelemedos 總結(jié)道。