未来的电力来源:单纯的构建和连接已成过去。现在,还必须关注风力涡轮机的使用。
能源转型的背景下,风力涡轮机搭建市场呈蓬勃发展之势。
德国FWT集团致力于搭建多兆瓦级的全套风力涡轮机并构建完整风力发电厂。过去几年中,它专注于开发中欧、东欧和亚洲市场。在远动技术领域,西欧各国基于相关IEC标准所使用的远动协议存在着巨大的差异性,这一点必须予以考虑。基于此,FWT在远动技术方面依赖WAGO的PFC200控制器。
在能源转型的背景下,可再生能源所占的比例日渐增加。不稳定的电力供应设备,例如风力涡轮机,为网络运营商带来了新的挑战。因为供应情况相当难以预测,网络必须转换成所谓的智能电网。这种转换的一个重要方面就是通信。现代远动技术必须确保在能源生成设备与网络运营商的控制中心之间建立连接。因此,对于制造交钥匙风力涡轮机和建造整个风力发电厂的FWT集团来说,远动技术也是一项重要课题。
自2013年初,这家公司在风能先驱FuhrländerAG破产之后开始崛起,最初计划为Fuhrländer现有的风力涡轮机提供维护。然而到2013年年中,他们转而开始生产自己的风力涡轮机。该公司目前提供三种不同的型号,输出分别为2 MW、2.5 MW和3 MW。FWT承接的最大的项目之一就是为哈萨克斯坦2017年世博会建造一个风力发电厂,此届世博会于阿斯塔纳举行,主题为“未来能源”。
这家中等规模的公司总部位于魏甘茨海恩,目前员工数量约为100人,销售收入将近5000万欧元。FWT的关注点在于发展中市场,与德国相比,发展中国家的风能市场增长空间较大。
除了哈萨克斯坦的风力发电厂,FWT还在德国和波兰建造了相关系统,另外位于俄罗斯和白俄罗斯的风力发电厂也已投入生产。目前进行的项目之一是在波兰南部的克扎诺维采建造风力发电厂,计划总输出达90 MW。FWT于2014年年底开始建造该项目,并对三台风力涡轮机中的第一台进行了调试。这是一个交钥匙项目,FWT需要提供风力涡轮机、完整的控制技术、甚至延伸到网络传输点风力发电厂的电力管理以及远动技术。
“我们必须满足波兰网络运营商对于远动技术的特定需求,”FWT应用工程部门的负责人Christian Oppermann表示。波兰的不同之处在于,他们的远动技术基于DNP3协议。尽管它与西欧常用的基于IEC 60870的远动协议类似,但二者并不相同。为了实施这种远动技术,FWT采用PFC200控制器。对于Oppermann来说,它具备一项决定性的优势,“PFC200控制器本身已具备DNP3接口。因此我们不必再担心接口的编程问题。”FWT在寻找合适的远动控制器时选择了PFC200,这绝非偶然。“我们使用WAGO控制器已有数年之久,利用它们在风能系统中心进行桨距控制时,总能获得优质的使用体验。”
协调一致:只有彼此之间实现可通信连接,风力涡轮机才能高效、有效地运行。
风力发电厂中的每台风力涡轮机都单独配备控制器。这样,各个涡轮机可通过光纤网络,使用不同的TCP/IP协议(包括Modbus TCP)连接到风力发电厂进行电力管理的中央控制器。同时,远动控制器也集成于该网络,以接收各个涡轮机的数据。PFC200可收集数据、准备数据,并通过DNP3接口将数据转发给网络运营商。
此外,利用Lancom路由器还可将风力发电厂的VPN连接(IPsec)用于远程监控。“使用基于IPsec的VPN,我们可通过中央控制中心随时干预风力发电厂”,Oppermann表示。在位于魏甘茨海恩的中央控制中心,不仅全天候有人值班,而且维护人员还可随叫随到,如果风力发电厂出现故障,他们可以快速响应。
目前,每台使用PFC200的涡轮机可收集包括电压、频率和输出等在内的13个数据点,并将这些数据提供给网络运营商。除此之外,还可使用远动控制器记录网络传输点的有功功率和无功功率。同时,DNP3接口还提供输入通道,通过该通道,网络运营商可以调整风力发电厂的无功功率等。
不仅如此,使用该接口还可降低无级输出,直至风力发电厂完全关闭。通过使用能够与PFC200串联的额外I/O模块,可实现对中压级别断路器的监控,在必要时还可进行触发。借此,运营商可将风力发电厂从电网中完全断开。远动控制器不仅提供DNP3接口,而且还可用作数据记录器,将包括风力发电厂状态和通过DNP3接口进行外部干预的所有数据都以csv格式记录在SD卡中,并传输到内部FTP服务器。
“我们还可以向风力发电厂运营商推送数据,”Oppermann表示。复杂的记录对于证明风力发电厂的可用性非常重要。一般来说,FWT可保证可用性达97%。如果达不到此要求,FWT必须支付罚款。“因此,能够确定网络运营商何时关闭风力发电厂对我们来说至关重要,”Oppermann表示。“因为如果发生这种情况,网络运营商必须支付停机时间罚款。”
“远动技术接口的简单快速转换对于我们来说至关重要。”
FWT使用WAGO的750-880控制器实现了首批远动控制连接。
去年,Oppermann开始使用PFC200。“我们已将PFC200的XTR版规定为我们的标准远动控制器,这样我们可以在严苛的环境条件下始终保证安全。”包括远动技术在内,发电厂涉及电力管理的所有控制技术都安装在风力发电厂内的未供暖建筑中。因此温度波动非常大。如果在寒冷的天气里,风力发电厂连续几天没有连接到网络,那么所有电力技术设备都必须承受零下温度,之后再重新启动。PFC200 XTR版能适应低至-40°C和高达+70°C的温度,并且能够承受组件临时解冻。
Oppermann指出,使用此款远动控制器的主要原因是它具备开放式编程功能:“通过CODESYS,PFC200不仅可以使用符合IEC 61131-3标准的语言编程,还可以使用更高级别的编程语言。因为无须再考虑接口编程问题,所以系统可以快速、方便地实施应用。”
文:MICHAEL RADAU | WAGO
图:FWT ENERGY GMBH