由于將可再生能源饋入電網(wǎng)可能會導致電網(wǎng)負載的強烈波動，這就需要電網(wǎng)運營商的干預，以避免出現(xiàn)電力故障以及電壓或頻率波動。德國 EE Technik GmbH 公司多年來一直從事大型風電場項目電氣基礎(chǔ)設(shè)施的規(guī)劃和設(shè)計，他們采用 DEA 控制（分布式發(fā)電系統(tǒng)控制器），而這種控制器基于開放式和高度集成的 Beckhoff 控制技術(shù)，可以靈活完成各種應用。
在發(fā)電系統(tǒng)中，需要根據(jù)電網(wǎng)公司的實際要求，由專用控制器控制電廠有功和無功功率輸出。根據(jù)實際值與電網(wǎng)需求的偏差，這臺控制器對每個發(fā)電單元的設(shè)定值進行調(diào)整。當前的問題是發(fā)電設(shè)備制造商還沒有達成一個統(tǒng)一的標準協(xié)議來交換這些數(shù)據(jù)。標準化的缺失迫切需要建立一個有由端子模塊和 IT 系統(tǒng)構(gòu)成的一個復雜系統(tǒng)，用于滿足網(wǎng)絡運營商對電網(wǎng)接入點的要求。總部位于德國 Boklund 的 EE TechnikGmbH 公司生產(chǎn)了一款獨立于發(fā)電設(shè)備制造商的控制器，為解決當前問題提供了一種高效解決方案。這種用于分布式發(fā)電系統(tǒng)的控制器（DEA 控制器）對所有常用的系統(tǒng)開放，并能夠?qū)崿F(xiàn)電網(wǎng)連接點處各個發(fā)電系統(tǒng)的上位控制。例如，在實際應用中，它可以實現(xiàn)風力發(fā)電機的運行優(yōu)化排布，這對發(fā)電量有積極影響。
靈活的 DEA 控制器采用基于 PC 的控制技術(shù)
DEA 控制器有不同型號可選擇，并且可以通過選擇核心組件進行配置。高性能 PLC 用于存儲、處理和顯示數(shù)據(jù)，電網(wǎng)接入點處的測量傳感器提供實際采集值。該系統(tǒng)包含模擬量和數(shù)字量 I/O 及以太網(wǎng)接口。以太網(wǎng)接口用于讀取電網(wǎng)公司的指令，同時傳輸控制值給發(fā)電系統(tǒng)，并通過 OPC UA 集成一個可視化界面。
靈活的硬件和軟件配置借助 Beckhoff 基于 PC 的控制系統(tǒng)得以實現(xiàn)。開放的集成式解決方案為 DEA 控制器提供了一個高性價比的系統(tǒng)集成平臺，同時也帶來了高計算能力和模塊化可擴展性等主要優(yōu)勢。Beckhoff 德國呂貝克分公司的 Karl-Friedrich Stapelfeldt 解釋了最初的選擇依據(jù)：“當時，一個決定性的因素是高性能 CX2030 嵌入式控制器，它搭載了 Intel® Core? i7 處理器（1.7 Ghz，雙核）。由于采用多核 CPU 架構(gòu)，就可以輕松地在同一個系統(tǒng)上并行運行 PLC 軟件、過程可視化程序和數(shù)據(jù)庫應用程序，而且沒有任何限制。這臺控制器的另一個優(yōu)勢是它具有高度靈活性，這樣系統(tǒng)就很容易進行擴展。另一個關(guān)鍵是模塊化 I/O 系統(tǒng)和內(nèi)部基于 PCI Express 的擴展總線，系統(tǒng)接口通過該總線與一個 PCI Express 信道進行全帶寬連接。除了兩個標準的網(wǎng)卡，CX2030 可以通過系統(tǒng)模塊擴展最多 8 個網(wǎng)卡。這樣，每個風力發(fā)電場定制網(wǎng)絡配置的目標就很容易實了。”
在 I/O 層所使用的設(shè)備包括 Beckhoff 模擬量 EtherCAT I/O 端子模塊EL3024 和 EL4024（4-20 mA），用于從網(wǎng)絡運營商采集信號和反饋模擬量設(shè)定值，并傳輸控制信號到風力發(fā)電場。數(shù)字量 EtherCAT I/OEL1008 和 EL2008 采集階躍停止信號，并通過特定的控制接收器提供反饋。其它用于 CX2030 的系統(tǒng)模塊包括雙千兆以太網(wǎng)接口 CX2500-0060 和抽拉式 HDD/SSD CX2550-0020 單元。采用 15.6 英寸顯示屏的CP2916 多點觸控面板用于可視化。據(jù) Karl-Friedrich Stapelfeldt 所述，這一靈活的系統(tǒng)可以完美應對潛在的挑戰(zhàn)：“不同的標準和數(shù)據(jù)要求都涵蓋在內(nèi)，如：通常的 4-20 mA 模擬信號、成熟的現(xiàn)場總線協(xié)議，如 CANopen 總線或 Modbus 等。遠程控制協(xié)議，如網(wǎng)絡控制技術(shù)中常見的 IEC 60870-5-104，應用范圍也越來越廣泛。此外，還有 IEC61400-25 協(xié)議 — 由 IEC 61850 衍生而來 — 專為風力發(fā)電應用而開發(fā)。作為TwinCAT 3 軟件平臺的一部分，Bckhoff 已經(jīng)提供了現(xiàn)成的功能庫，以支持所有這些通訊協(xié)議。”
TwinCAT 3 具有開放式通訊和 Wind Framework
除了具備通過以太網(wǎng)（如 Modbus、OPC UA）和遠程控制協(xié)議（IEC60870，IEC 61400-25）進行標準通訊的 TwinCAT 3 功能之外，最新開發(fā)的 TwinCAT 3 Wind Framework 帶來了更多的優(yōu)勢。它建立在 TwinCAT3 的模塊化架構(gòu)上，支持模塊化和面向?qū)ο蟮娘L力發(fā)電運行控制和管理軟件的開發(fā)。上位系統(tǒng)服務通過 TcCOM 模塊支持。其中一個例子是 Status 模塊，它可以監(jiān)控所有組件，并實現(xiàn)事件管理、故障檢測、 故障排除和生成報告等功能。Parameter 和 Command 模塊提供配置和與系統(tǒng)交互功能。Capture 和 Statistics 模塊能夠記錄信號及對它們的數(shù)據(jù)進行統(tǒng)計評估。User 模塊檢查、管理和記錄所有用戶交互。基于SQL 數(shù)據(jù)庫的 Database 模塊記錄所有事件和信號，并用于存儲和加載 整個配置。
除了DEA 控制器的輸入和輸出，TwinCAT 3 Wind Framework 中集成的工具環(huán)境支持在線和離線監(jiān)測記錄風電場數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)庫驅(qū)動的離線分析能夠顯示和組合信號曲線，分辨率最高可達 1 秒。以 PLC 任務周期為分辨率的錄波功能，可以更加詳細地分析控制器行為，例如，分析在事件發(fā)生時，變量逐個 PLC 周期的改變情況。TwinCAT 3 中集成的示波軟件 ScopeView 非常適合用于實現(xiàn)微秒級的超高速記錄。
在軟件方面，DEA 控制器的每個接口都以功能塊的形式實現(xiàn)，這些功能塊具有相同的輸入和輸出接口。在硬件方面，各種 EtherCAT 模塊能夠根據(jù)不同的應用進行接口優(yōu)化配置。
