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秒速赛车EtherCAT 被选择作为通讯系统:DeWind D8.2 配备了两个独立的高速EtherCAT 通讯线路
浏览: 发布日期:2017-09-05

  德国风力发电机组制造商 DeWind 凭借其具有革命性的创新设计再度成为新闻焦点。新型 DeWind D8.2 主要针对的是美国市场。Beckhoff 是自动化控制系统开发的主要合作伙伴。2007 年 1 月 7 日是 DeWind D8.2 风力机在德国 Cuxhaven 试运行的日子,DeWin

  德国风力发电机组制造商 DeWind 凭借其具有革命性的创新设计再度成为新闻焦点。新型 DeWind D8.2 主要针对的是美国市场。Beckhoff 是自动化控制系统开发的主要合作伙伴。

  2007 年 1 月 7 日是 DeWind D8.2 风力机在德国 Cuxhaven 试运行的日子,DeWind 为此好好庆祝了一番。这不仅表明这家来自吕贝克的风力机生产商在该行业的积极回归,同时也展示出他们对其旗舰型风力机实现了完全的革新。

  从外观上看,DeWind D8 并没有什么改变,只有机舱顶部的窗户比过去看的更清楚了。除此之外,还保留了精巧的保时捷设计:与所有大型风力机相似,系统也是变桨控制的。轮毂高度(80 和 100 米)及风轮直径(80 米)与以前的型号相同。额定功率为 2 MW,功率仍保持不变。

  然而,内部的一切几乎都经过改变。原因是,DeWind 在将公司卖给一家英美投资商之后,重新定位了其风力机的客户方向,即主要针对美国市场。因此,必须考虑到美国能源供应系统的特殊性。首先,美国电网频率为 60 Hz,而欧洲则为 50 Hz。此外,美国供应商通用电气拥有风力机磁场定向转换器系统的专利权,这给他们进入美国市场制造了障碍。

  DeWind 决定采用全新的设计,打破其自身的传统技术。DeWind 自 1995年创立时起就开始使用变速系统。在该系统中,通过一个双馈感应发电机和变流器确保稳定电压和高质量电流。风轮侧风速的强烈变化必须在电网侧转换为恒定频率。这种设计使得 DeWind 建造的系统能够经济地在风速相对较低的陆上区域使用。这种类型的系统在欧洲备受青睐。

  这项成熟的技术已在风电领域应用数十年,特别是对操作可靠性、精确动态控制和低操作与维护耗费要求较高的应用场合。

  若要进军美国市场,公司就必须找到一种新的解决方案。这些努力使得 Dewind 的系统设计开创了风电领域的先河。新设计的核心部分是一个变速液压齿轮箱。原先针对欧洲市场的 DeWind D8 使用的三级直齿行星齿轮减速机由两级齿轮减速机取代。第三级由一个 Voith Turbo 高动态机电一体化驱动系统WinDrive? 装置取代。

  借助 WinDrive?,DeWind D8.2 将风轮的变速转换为恒定速度,用于与电网直接相连的同步发电机。因而,在双馈感应发电机中处理该任务的变流器将不再需要。这表示,精密的电子元器件由一个低磨损的传动系统取代,无需任何功率电子设备。这样,DeWind 所展现的技术与通用电气专利技术有很大不同,从而能够在美国市场自由销售其系统,无需额外费用。同时,DeWind 能够完全 - 比竞争对手更有效地 - 满足电网连接的当前的最新规定。在德国,2007 年风力发电机组为国家电网馈入了约 400 亿度电,相当于德国总需求的 7% 还要多。成功的同时,也要面对新的挑战:风力机必须整合到电网管理规划中,这在出现故障、电压跌落或短路等状况时特别关键。带同步发电机的系统比带其他发电机的系统更适合用于该环境。超过 95% 的电力是由同步发电机产生的,这就是为什么专门为其固有故障特性设计了传输和保护系统。尽管有了精心打造的解决方案,但仍然很难让变流器系统达到同步电机的电源谐波质量。

  若要重新设计风力机系统,还需要重新设计自动化控制系统。DeWind与 Beckhoff 通力合作,为 D8 研发了一种控制系统。该系统基于 Beckhoff工业 PC 和 TwinCAT自动化软件。应用软件由 DeWind 自行开发。控制系统分析约 350 个 I/O。实时系统要求在 10 ms 或 1 ms 的固定周期时间范围内实现电网馈电或监控。DeWind D8 已经使用闪存驱动用于海量存储,特别是在考虑到恶劣的操作环境时。Beckhoff 开放式控制系统可以通过所有商用 PC 接口进行连接。

  EtherCAT 被选择作为通讯系统:DeWind D8.2 配备了两个独立的高速EtherCAT 通讯线路,用于系统和风电场联网。通讯通过光纤实现。系统安全性和可靠性通过冗余配置得到保障。风能应用场合中通常使用硬连线的安全链,则通过Beckhoff 的安全解决方案 TwinSAFE 一起集成在自动化系统中。Beckhoff 通过先进的扩展和匹配选项使得安全系统更具灵活性,在出现紧急情况时不会降低系统可靠性。

  DeWind 和 WinDrive? 驱动系统的供应商 Voith Turbo 之间的启动会议于 2005 年 10 月举行。仅 12 个月后,也即 2006 年 10 月,在德国的 Cuxhaven 建造了一个样机,并于 2007 年 1 月投入试运行。DeWind对此非常满意:从决定使用 Voith 的 WinDrive? 解决方案到系统试运行,仅仅花了一年的时间。如果没有一个能力超凡、勇于开拓、大胆创新的团队,这些都不可能实现。与此同时,DeWind 建造了这种类型的两个附加系统,其中一个安装在阿根廷安第斯山脉海拔 4300 米处。第三个系统(60 Hz 型)于 2008 年 3 月在德克萨斯州斯威特沃特(Sweetwater)建造。

  EtherCAT 除了具有高性能和低系统成本的优势外,它所具备的灵活性拓扑结构特点也让它成为同行业产品里的佼佼者。若采用标准以太网电缆(100BASE-TX),两个站点之间的最大距离可达 100 m(328 英尺)。通过新型的光纤模块可以大大扩展联网距离,最远可达 2 km(1.24 英里)(100BASE-FX)

  为了在如此短的时间内完成 D8.2 项目,DeWind 决定走出 一条新的发展之路。风力机和传动系统的物理元器件在 最先进的计算机平台上进行模拟、检测和适配。这样, 在风力机并电网之前,风力机已在模拟环境下运行了数百个小时,掌控所有可能的运行情况。作为此次开发过 程的一部分,WinDrive? 配备了一个独立的 Beckhoff 控制系统,在整个试验阶段,直接从仿真中下装程序到该控制系统。在检测阶段结束后,WinDrive? 控制系统被集成到风力机控制系统中。

  在Beckhoff的支持下,开发团队还设计了一个实时检测环境,用于模拟风力机的受力状态和风力机线.x 实时检测环境(RTSim)。RTSim 的两侧由Beckhoff 组件构成,正如真实的风力机一样,与风力机控制端子模块相连。有了 RTSim 后,在安装和调试之前,即可实现动态系统特性的模拟仿真。选择在任何一点“解剖”模型的选项,以便检测硬件回路中的各个元器件和设备,这是一个巨大优点。仿真不仅取代了实际的试验操作,它还能够在开始新的研发过程之前,将现有的风力机运行经验考虑进去,从而能够检测系统特性,优化设计。如此,实验性生产就会变的比以前更加可靠了。

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