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Wind farm networking with EtherCAT is not only faster compared to conventional Ethernet solutions, but also offers substantial cost benefits by eliminating the need for costly switches or hubs. © AREVA Wind/Jan Oelker
© AREVA Wind/Jan Oelker

EtherCAT 助力实现超高速风场网络监控

高速风场网络监控可提高发电量,并提供最佳电压跌落保护

EtherCAT 技术的突出特点是传输速度快,因此使用 EtherCAT 实现的风场网络监控树立了新的标杆:在遇到低电压穿越时,可以在不到 1 毫秒的时间内设定风场网络中所有风力发电机组的设定值,同时还可以高效地调整电流、电压和频率的控制。基于现有光纤的以太网基础设施可使用的最远距离为 20 公里,而不会降低传输速度。使用这项技术甚至还可以实现与风场内各风机变流器的 IGBT 同步。

与传统的以太网解决方案相比,基于 EtherCAT 的风场网络监控系统不仅处理速度更快,而且由于无需使用昂贵的交换机和集线器,具有巨大的成本效益。通过集成在自动化系统中的 EtherCAT 电力测量端子模块 EL3783,可以在公共接入点以高达 10000 个采样点/秒的速度测量瞬时电流和电压值。通过 EtherCAT “分布式时钟” 功能,所有风力发电机组的测量值和接入点处的测量值可以实现小于 1 微秒的时间同步。TwinCAT 支持标准的 IEC 61400-25 风力发电机组通讯协议,从而简化了复杂的风场系统环境中的监控,以及与电力公司的连接。

倍福针对风场网络监控的技术亮点

TwinCAT 支持标准的 IEC 61400-25 风力发电机组通讯协议,从而简化了复杂的风场系统环境中的监控,以及与电力公司的连接。
TwinCAT 支持标准的 IEC 61400-25 风力发电机组通讯协议,从而简化了复杂的风场系统环境中的监控,以及与电力公司的连接。

基于 PC 的控制系统:通用风电场控制平台

倍福工业 PC 具有高性能特点,适合用作风电场控制器,可以实现 100 µs 的风场控制周期时间。这样就能够积极响应可再生能源的未来需求,并给电网提供支持,而且还能够轻松集成 MATLAB®/Simulink® 模型来计算尾流效应。与电力供应商和电网运营商的通讯通过 IEC 61400-25 和 IEC 60870 等标准化远程控制协议实现。当然也可以集成工业 4.0 协议;多核技术可以助力完成这些范围广泛的任务。

EtherCAT 技术的突出特点是传输速度快,因此使用 EtherCAT 实现的风场网络监控树立了新的标杆:在遇到低电压穿越时,可以在不到 1 毫秒的时间内设定风场网络中所有风力发电机组的设定值,同时还可以高效地调整电流、电压和频率的控制。
EtherCAT 技术的突出特点是传输速度快,因此使用 EtherCAT 实现的风场网络监控树立了新的标杆:在遇到低电压穿越时,可以在不到 1 毫秒的时间内设定风场网络中所有风力发电机组的设定值,同时还可以高效地调整电流、电压和频率的控制。

EtherCAT 可以实现 <1 ms 的风场网络监控响应时间

风场联网通常采用带电缆冗余的光缆实现。EtherCAT 在联网时虽然也利用了同样的物理原理,但与复杂的交换机技术相比,它在价格和技术方面都提供了更为精益的解决方案。倍福可为 EtherCAT 组件联网提供多模(最长 1.5 公里)和单模(最长 20 公里)技术。由于 EtherCAT 接口组件数量众多(串口、PROFIBUS、CANopen、PROFINET Rt、各种 TCP/IP 协议等),这种联网方式也可用于未使用倍福控制器的风电场。

倍福针对风场网络监控的产品亮点

针对风场网络监控的 EtherCAT 基础组件
针对风场网络监控的 EtherCAT 基础组件

针对风场网络监控的 EtherCAT 基础组件

我们可为风场联网的光纤布线提供介质转换器和耦合器。

多模

单模

对于现有控制系统的耦合,可以使用以下通讯模块:

EL3783 电力监测端子模块能够高速检测电压跌落。
EL3783 电力监测端子模块能够高速检测电压跌落。

EtherCAT 端子模块将风场网络监控和电力测量集成在控制系统中

倍福可为实现独立的电力测量和网络诊断提供具有超高性价比的产品型号:

  • EL3453 可测量三相电流(最大 5 A)和三相电压(最大 690 V)。由此产生的功率、频率、cos φ 等平均值,当然还包括电流和电压,在每半个市电周期(10 ms)后传送到 CPU。
  • EL3783 具备与 EL3453 相同的物理特性,以 20 kHz 的频率测量电流和电压。可以通过 CPU 使用这一原始数据计算出所有平均值(例如,借助 TwinCAT 电力监测软件库 TF3650)。因此可以实现高达 110 次谐波的电网分析。

TwinCAT 可以提供针对各种远程控制协议的软件库。
TwinCAT 可以提供针对各种远程控制协议的软件库。

标准化协议简化与风力发电机组的通讯

随着全球可再生能源产业的加速发展,发电商和电网运营商有必要掌握控制这些“发电站”的方法。倍福为此开发了标准化的远程控制协议,这些协议在 TwinCAT 自动化系统中以软件库的形式提供。