2024基于PC控制的風(fēng)電機(jī)組控制方案

PC控制的Wind4.0解決方案大數(shù)據(jù)PC的控制發(fā)電機(jī)組

PCEtherCAT的控制技術(shù)，倍福實施的系統(tǒng)解決方案已經(jīng)在全球范圍內(nèi)得到了檢驗和測試：全球有超過100,000臺風(fēng)力發(fā)電機(jī)已經(jīng)使用倍福的技術(shù)進(jìn)行自動化控制，單臺風(fēng)力發(fā)電機(jī)的容量最大可達(dá)16兆瓦。一臺插接了I/O端子模塊的嵌入式控制器、用作通用通信系統(tǒng)的EtherCAT和自動化軟件構(gòu)成中央控制系統(tǒng)。其硬件組件堅固耐用并符合工業(yè)通信標(biāo)準(zhǔn)，為您的投資保駕護(hù)航。我們擁有一支經(jīng)驗豐富、技術(shù)精湛的風(fēng)電專家團(tuán)隊，可以為您提供從控制柜設(shè)計到系統(tǒng)調(diào)試等全方位支持。

CPU上運行：從風(fēng)力發(fā)電機(jī)運行控制和管理、變槳控制、可視化和安全技術(shù)到狀態(tài)監(jiān)測、遠(yuǎn)程訪問功能和風(fēng)場網(wǎng)絡(luò)監(jiān)控。憑借其在控制系統(tǒng)設(shè)計上卓越的靈活性、在性能方面的高度可擴(kuò)展性以及高度PC的控制系統(tǒng)能夠提高風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的效率和盈利能力。硬件和軟件的模塊化組合讓用戶能夠配置一套與其系統(tǒng)性能要求完全匹配的控制系統(tǒng)，并且未來無需花費高昂的費用即可進(jìn)行擴(kuò)展和修改，例如狀態(tài)監(jiān)測功能的升級改造。TwinCAT3WindFramework軟件工具可為風(fēng)機(jī)制造商提供合適的系統(tǒng)編程幫助和支持，并能夠?qū)⒐I(yè)嵌入式控制器 I/O嵌入式控制器I/O模塊TwinCAT3TwinCAT3WindFramework24.0方案應(yīng)用到風(fēng)電行業(yè)中。倍福的服務(wù)范圍還包括控制柜設(shè)計與建造：從電路圖繪制到樣機(jī)制造以及批量生產(chǎn)。

基于PC的風(fēng)力發(fā)電機(jī)組控制解決方案風(fēng)場網(wǎng)絡(luò)監(jiān)控偏航系統(tǒng)風(fēng)力發(fā)電機(jī)組運行控制和管理風(fēng)場網(wǎng)絡(luò)監(jiān)控偏航系統(tǒng)風(fēng)力發(fā)電機(jī)組運行控制和管理大數(shù)據(jù)變槳控制變槳控制3適用于所有控制功能的系統(tǒng)解決方案

I/OI/OEtherCAT

CANopen、PROFIBUSEthernetTCP/IP等下位現(xiàn)場總線可以通過現(xiàn)場總線主站或從站端子模塊部署在現(xiàn)場，用于控制子系統(tǒng)。EtherCAT的普遍使用不僅提高了通信速度，同時簡化了風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的項目規(guī)劃、編程和布線。開放的硬件和軟件接口能夠集成從傳感器到云端的通信。變槳控制光纖電極介質(zhì)轉(zhuǎn)換器嵌入式控制器，EtherCAT端子模塊

葉片監(jiān)測

EtherCAT端子盒風(fēng)場網(wǎng)絡(luò)監(jiān)控大數(shù)據(jù)ADS，OPCUA，IEC61400-25，IEC61850，大數(shù)據(jù)IEC60870-5-104，ModbusTCPAMQPMQTT4變槳控制DINI/OIP67統(tǒng)負(fù)荷，從而延長了系統(tǒng)使用壽命。

風(fēng)力發(fā)電機(jī)組運行控制和管理倍福為塔基和機(jī)艙中的運行控制和管理提供一個完整的硬件和軟件解決方案。與上級控制系統(tǒng)的通信接口遵循國際標(biāo)準(zhǔn)化的電力遠(yuǎn)程控制協(xié)議。嵌入式控制器中集成了能夠遠(yuǎn)程訪問控制系統(tǒng)的服務(wù)器。TwinSAFE能夠?qū)鹘y(tǒng)硬連線、更高級別的安全鏈集成到自動化系統(tǒng)中。塔基和機(jī)艙之間的通信采用EtherCAT并通過光纜經(jīng)濟(jì)、靈活地實現(xiàn)。

電力測量最高可測量690VACEL3453三相EtherCAT端子模塊專注于要求更嚴(yán)苛的過程控制任務(wù)。端子模塊每半個周波時間更新一Hz10。4個電氣隔離的電流測量通100mA、1A5A60A的浪涌過載能力。此外，我們還可提供各種電流互感器產(chǎn)品系列，通過它們可以在現(xiàn)場直接布署可靠的功率傳感器。風(fēng)力發(fā)電機(jī)組運行控制和管理（機(jī)艙

偏航系統(tǒng)

EthernetTCP/IP

控制面板安全輸入安全輸出安全輸入安全輸出超高速介質(zhì)轉(zhuǎn)換器超高速EtherCATI/O系統(tǒng)

CANopen（可選）PROFIBUS（可選）EthernetTCP/IP（可選）

狀態(tài)監(jiān)測

EtherCAT端子盒風(fēng)力發(fā)電機(jī)組運行控制和管理（塔基

控制面板

變流器EthernetTCP/IP

DVI/USB

電力測量EtherCAT端子模塊

嵌入式控制器，EtherCAT端子模塊

安全邏輯端子模塊CANopen（可選）PROFIBUS（可選）安全邏輯端子模塊EthernetTCP/IP（可選）5AMP8000驅(qū)動系統(tǒng)助力提高風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的發(fā)電量

偏航系統(tǒng)是風(fēng)力發(fā)電機(jī)機(jī)艙的一部分，其作用在于當(dāng)風(fēng)向發(fā)生變化時，能夠偏轉(zhuǎn)風(fēng)機(jī)風(fēng)輪，使風(fēng)輪正對風(fēng)向，以便風(fēng)輪獲得最大的風(fēng)能。除了電力驅(qū)動之外，液壓制動系統(tǒng)通常用于水平定向和鎖定機(jī)艙。然而，一直使用制動單元主動跟蹤風(fēng)向會導(dǎo)致偏航系統(tǒng)的持續(xù)磨損，從而造成很高的維護(hù)成本。使用現(xiàn)有的電力驅(qū)動系統(tǒng)來生成所需的反扭矩和夾緊偏航機(jī)構(gòu)可以減少磨損并提高效率。傳統(tǒng)的驅(qū)動系統(tǒng)通常是基于由市電供電不帶軟啟動功能的異步電機(jī)，因為它們的價格相

對較低。但為了在軟供電網(wǎng)絡(luò)中實現(xiàn)安全的起動轉(zhuǎn)矩，所使用的電機(jī)和上游供電器件選型通常都留有特別大余量。由于目前風(fēng)力發(fā)電機(jī)可以為控制柜提供的空間越來越小，因此必須避免在機(jī)艙中增加任何額外的重量和體積。全新的AMP8000驅(qū)動系統(tǒng)在電機(jī)中集成了分布式伺服功能，可以很好地滿足這些要求。視風(fēng)力發(fā)電機(jī)的大小和負(fù)載要求，可以根據(jù)可靠的驅(qū)動和制動扭矩大小調(diào)整電機(jī)的數(shù)量和輸出。與傳統(tǒng)解決方案相比，基于倍福AMP組件的伺服驅(qū)動系統(tǒng)即使在電網(wǎng)波動的情況下也能提供更高的效率，并為安全功能提供足夠的扭矩。6過去，考慮到制動系統(tǒng)容易磨損，因此很少會在風(fēng)力發(fā)電機(jī)中使用風(fēng)能跟蹤功能。而采用新的方案，在沒有液壓制動系統(tǒng)輔助的情況下實現(xiàn)動態(tài)制動功率，通過更加動態(tài)的風(fēng)能跟蹤，可以幫助許多風(fēng)場提高發(fā)電量。

分布式伺服驅(qū)動系統(tǒng)用于風(fēng)力發(fā)電機(jī)機(jī)艙方位控制AMP7超高速風(fēng)場網(wǎng)絡(luò)監(jiān)控：

可再生能源生產(chǎn)商面臨著電壓跌落（穿越）時支撐電網(wǎng)的挑戰(zhàn)。EtherCAT突出特點是傳輸速度快，因此使用1可使用的最遠(yuǎn)距離為20IGBT同步。

EtherCATEL378320,000個采樣點/的速度測量瞬時電流和電壓值?？刂剖铱刂剖?guī)獠抗╇奅L3783CU1521介質(zhì)轉(zhuǎn)換器SCT2xxx電流互感器風(fēng)機(jī)控制器風(fēng)機(jī)控制器EtherCAT光纜，最長2000米（多模）、20,000米（單模）或100,000m（SFP）CANopen（可選）PROFIBUS（可選）EthernetTCP/IP（可選）8EtherCAT1微秒的時間同步。IEC61400-25以及與電力公司的連接。

EtherCAT：適用于風(fēng)場網(wǎng)絡(luò)監(jiān)控的高速現(xiàn)場總線1毫秒20,000samples/s9系統(tǒng)集成狀態(tài)監(jiān)測功能

現(xiàn)代風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的運行和維護(hù)所花費的費用相當(dāng)可觀。為了保持競爭力，必須最小化故障風(fēng)險、降低維護(hù)成本以及提高系統(tǒng)的可用性和能效。這正是狀態(tài)監(jiān)測功能的用武之地：不僅僅只是監(jiān)測偏遠(yuǎn)地區(qū)的海上風(fēng)力發(fā)電機(jī)組或系統(tǒng)，而且還可以對減速機(jī)和發(fā)電機(jī)進(jìn)行監(jiān)測。PCEtherCAT將狀態(tài)監(jiān)測功能無縫集成到控制器中。倍福的標(biāo)準(zhǔn)測量端子

負(fù)責(zé)采集軸承或電機(jī)的振動信號，并通過EtherCAT傳輸?shù)娇刂破鳌＝M態(tài)、編程及診斷都可使用TwinCAT在一個系統(tǒng)內(nèi)實現(xiàn)。在改進(jìn)錯誤檢測和整體系統(tǒng)分析功能方面，倍福的集成在控制系統(tǒng)中的狀態(tài)監(jiān)測功能優(yōu)于傳統(tǒng)的基于硬件的狀態(tài)監(jiān)測解決方案。通過集成來自運行控制和管理系統(tǒng)中包括溫度、壓力和電流等其它信號，可以防止誤報警并且提高錯誤檢測效率。將狀態(tài)監(jiān)測功能集成到基于PC的中央控制器中會帶來很多10好處，特別是在需要對不同設(shè)備中的大量數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，或需要根據(jù)旋轉(zhuǎn)速度評估損壞頻率的情況下?？刂破髫?fù)責(zé)采集并處理微秒級別的信號。系統(tǒng)集成狀態(tài)監(jiān)測的突出優(yōu)點還包括可以大幅降低系統(tǒng)、安裝和維護(hù)方面的成本，同時還可以簡單且經(jīng)濟(jì)地翻新改造現(xiàn)有系統(tǒng)。

狀態(tài)監(jiān)測功能助力提升風(fēng)力發(fā)電機(jī)組效率和可靠性1微秒11為不同的應(yīng)用場景搭配不同

我們的測量技術(shù)組件系列是不斷擴(kuò)展的，可以全方位滿足工業(yè)測量領(lǐng)域的所有帶寬需求：從每秒測量一次到每秒測量數(shù)千次，從電壓和電流測量到振動和力測量。IP20組件用于讀取控制柜內(nèi)的傳感器數(shù)據(jù)。通過無縫EtherCATI/O系統(tǒng)中，ELM系列高端測EL/KL模擬量端子模塊無法測量的要求苛刻的過程測量通道數(shù)據(jù)?；鞠盗械臏y量模塊設(shè)計用于以高測量精度采集所有通道和模塊上的高動態(tài)過程

24V24V電100ppm精度的超高溫度穩(wěn)定性，因此這些模塊在這方面遠(yuǎn)勝過基本系列。當(dāng)然也可以用于樣機(jī)測量或狀態(tài)監(jiān)測所需的常用信號形式，例如應(yīng)變計、溫度傳感器和加速度計。ELM3x4x經(jīng)濟(jì)型系列24位1ksps多路復(fù)用0...50100ppm

ELM3x0x基本型系列24位50ksps同步2325100ppm12EKM1101EtherCAT式診斷功能能夠確保可靠的測量操作。

高端測量技術(shù)助力實現(xiàn)系統(tǒng)集成狀態(tài)監(jiān)測13一套集成式

EtherCAT端子模塊實現(xiàn)高頻數(shù)據(jù)采集EL3783EL1252兩款產(chǎn)品都可用于檢測電源電壓。在改造風(fēng)機(jī)狀態(tài)監(jiān)測功能時，只需通過插EtherCAT測量端子模塊來擴(kuò)展風(fēng)機(jī)控制器即可。應(yīng)變計（SG）可以通ELM模塊進(jìn)行分析。EtherCAT端子模塊

EL3751入。EL3632IEPE接口（IntegratedElectronicsPiezo-Electric）直接連接各種加速與其它系統(tǒng)數(shù)據(jù)（例如功率和速度）錄（<1μs），減少了誤報警的數(shù)量。TwinCAT狀態(tài)監(jiān)測軟件庫中提供了一個包含數(shù)學(xué)算法的模塊化工具包，用于分析測量值。軟件庫的功能主要與分析、數(shù)據(jù)統(tǒng)計和

現(xiàn)有的風(fēng)力發(fā)電機(jī)控制系統(tǒng)

步驟2EL3783：

EL1252：2通道數(shù)字量輸入端子模塊，帶時間戳功能14FFT或使用如包絡(luò)譜進(jìn)行的頻譜分析之外，它還能夠計算關(guān)鍵統(tǒng)計值，如峰度或波峰因數(shù)。這些算法與限值監(jiān)測的結(jié)合非常適合用于（例如）監(jiān)測滾子軸承。但建議使用第三方狀態(tài)監(jiān)測軟件來分析3下TcCom模塊直接集成到倍?？刂破脚_中。風(fēng)電行業(yè)中的很多知名公司已經(jīng)在中實施了他們自己的解決方案。

如果超過了與組件相關(guān)的閾值，狀態(tài)監(jiān)測系統(tǒng)就會觸發(fā)報警，以通知系統(tǒng)操作員出現(xiàn)了磨損、失衡或不被允許的運行狀態(tài)。這些報警可以直接報告給系統(tǒng)控制器或其它運營系統(tǒng)，等待進(jìn)一步處理。當(dāng)然也可以在線進(jìn)行連續(xù)設(shè)備監(jiān)測。在這里對特征值趨勢進(jìn)行分析，并將其轉(zhuǎn)化為具體的行動方案建議，例如計劃維護(hù)間隔時間。狀態(tài)監(jiān)測硬件

3

狀態(tài)監(jiān)測軟件ELM3604-0002：4通道模擬量輸入端子模塊（IEPE）EL3632：用于狀態(tài)監(jiān)測（IEPE）2模擬量輸入端子模塊153知識已在全球

100,000臺風(fēng)力發(fā)電機(jī)中積累的自動化控制的專業(yè)知識打包到WindFramework4.0案也可以用于風(fēng)電應(yīng)用領(lǐng)域。模塊化軟件包包含了風(fēng)力發(fā)電機(jī)的現(xiàn)代化和高效開發(fā)設(shè)計所需的所有功能和工具。所有基本功能都可3中使用功能塊，并提供模塊化的組件范圍供編程人員選擇，簡化了應(yīng)用軟件的開發(fā)。

除了用于風(fēng)力發(fā)電機(jī)運行控制管理及狀態(tài)機(jī)的功能之外，還包括用于事件管理、參數(shù)配置、用戶管理、電力和狀態(tài)監(jiān)測以及仿真等的軟件模塊。集成的數(shù)據(jù)庫鏈接能夠?qū)崟r、全面地采集、分析及傳輸運行控制和管理、狀態(tài)監(jiān)測和電力管理系統(tǒng)中的數(shù)據(jù)。所有數(shù)據(jù)都被連續(xù)記錄并存儲在中央控制器中，然后進(jìn)行詳細(xì)分析。這樣，例如，可在早期階段就檢測到風(fēng)力發(fā)電機(jī)組某個組件有磨損現(xiàn)象（可能會導(dǎo)致運行故障），從而提高了系統(tǒng)的可用性。系統(tǒng)運營商

大數(shù)據(jù)通信通信安全的垂直和水平通信支持所有常用總線系統(tǒng)等）全面的消息傳送/鏈接功能（ADS，OPCUA，現(xiàn)場診斷等）16現(xiàn)成的軟件模塊和應(yīng)用程序模板都已經(jīng)非常成熟，具有很高的品質(zhì)并面向未來。可以使用與修改硬件時所采用的相同方式添加或刪除這些軟件模塊。這樣可以盡可能地簡化工程工作，開發(fā)工作也可以通過細(xì)分團(tuán)隊進(jìn)行優(yōu)化：可以同時開發(fā)和測試多個客戶特定模塊，從而進(jìn)一步縮短產(chǎn)品上市時間。

TwinCAT3WindFramework4.0制造商

工程設(shè)計整個風(fēng)機(jī)生命周期保持一致的集成式開發(fā)環(huán)境IEC61131-3，C/C++，MATLAB?/Simulink?面向?qū)ο?，模塊化進(jìn)行數(shù)據(jù)交換自動完成工程設(shè)計大數(shù)據(jù)為風(fēng)機(jī)運營商和制造商實時優(yōu)化所有相關(guān)數(shù)據(jù)的處理、可用性和評估數(shù)據(jù)采集和數(shù)據(jù)存儲數(shù)據(jù)分析和數(shù)據(jù)挖掘電力和狀態(tài)監(jiān)測173模塊化工程設(shè)計

3WindFrameworkIEC61131-3言之外，C/C++MATLAB?/Simulink?可用作編程語言。3WindFramework組運行控制管理軟件的開發(fā)通過一個風(fēng)電功TcWind應(yīng)用模板實現(xiàn)。風(fēng)電功WindFrameworkPLCTcWindPLC軟件的開發(fā)提供了一整套模塊化架構(gòu)。

風(fēng)力發(fā)電機(jī)中的每個子系統(tǒng)由一個獨立對象表示。這樣，每個子系統(tǒng)的開發(fā)、使用和測試都相互獨立。因此，正如現(xiàn)在機(jī)械系統(tǒng)組件可以實現(xiàn)互換一樣，現(xiàn)在軟件的子系統(tǒng)也可以實現(xiàn)模塊化互換了。這就大大提高了軟件的質(zhì)量、靈活性和可復(fù)用性，同時也縮短了開發(fā)時間，節(jié)省了開發(fā)成本。風(fēng)力發(fā)電機(jī)的常規(guī)控制功能，如變槳控制、轉(zhuǎn)矩控制等，在模板中出現(xiàn)在運行控制功能組中。對于整機(jī)控制，也可以集成更多的模塊，如集成用于載荷計算的算法。云TcCOMTcCOM數(shù)據(jù)庫云TcCOMTcCOMTwinCATTransportLayer–ADSTwinCATTransportLayer–ADSTwinCAT3WindIoT(MQTT)TwinCAT3WindDatabaseTwinCAT3WindLibraryTwinCAT3WindLibrarySupervisorycontrolOperationalcontrolSimulationGeneratorOutIn3WindTwinCAT3WindUserTwinCAT3WindCaptureTwinCAT3WindStatisticsTwinCAT3WindCommandTwinCAT3WindParameterTwinCAT3WindStatus模板（專用）SupervisorycontrolOperationalcontrolSimulationGeneratorOutIn3WindTwinCAT3WindUserTwinCAT3WindCaptureTwinCAT3WindStatisticsTwinCAT3WindCommandTwinCAT3WindParameterTwinCAT3WindStatus模板（專用）框架（通用）TcCOMTcCOMTcCOMTcCOMTcCOMTcCOMTcCOMPitch

Rotor

Converter

YawInOutInOutInOutInOutFieldbus3InOutInOutInOutInOutFieldbus3Wind3Wind3Wind3WindTwinCAT3WindFramework是一款模塊化的風(fēng)力發(fā)電機(jī)組控制架構(gòu)18除此之外，與風(fēng)力發(fā)電機(jī)相匹配的仿真也被集成到應(yīng)用中。這就使得在開發(fā)環(huán)境中測試整個風(fēng)力發(fā)電機(jī)運行控制和管理成為可能。應(yīng)用程序中所集成的仿真模型可用于映射、分析及驗證整個控制系統(tǒng)、運行模式以及各個子系統(tǒng)的處理。每個子系統(tǒng)可以獨立地選擇采用仿真或與實物連接的方式運行。例如，可以在車間測試時單獨激活機(jī)艙組件。通用的TwinCAT模塊提供上層服務(wù)，每個模

TcCOM交換。Status模塊支持監(jiān)測所有組件，包括故障檢Status象可用于顯示消息、報警或故障。Parameter和Command模塊提供配置和交互功能。信

Capture其動作，并統(tǒng)計出動作頻率和運行時間。集成的用戶管理模塊用于檢查和記錄所有用戶與系統(tǒng)之間的交互。這樣可以在編程期間指定每個功能的使用權(quán)限。SupervisoryControlActual DemandActualUpdateMonitorUpdateInputInboxOutboxOutputInputUpdate OutputUpdateMonitorUpdateInputInboxOutboxOutputControlUpdateSimulationHardware仿真和硬件之間可以無縫切換，確保在進(jìn)行部分調(diào)試時不需要修改源代碼193大數(shù)據(jù)助力優(yōu)化風(fēng)力發(fā)電機(jī)組控制

TwinCAT模塊中的所有信息被持續(xù)實時地傳送給數(shù)據(jù)庫模塊。然后將其保存在數(shù)據(jù)庫中，或通過SQL存儲過程從中檢索。3數(shù)據(jù)庫模塊通過TwinCAT3DatabaseServerSQL

有數(shù)據(jù)的實時記錄和預(yù)處理數(shù)據(jù)是第一步，緊隨其后的是與數(shù)據(jù)庫間的可靠傳輸，從而可以在運行管理之外按需進(jìn)行分析和評估。有了大量歷史數(shù)據(jù)，就可以檢測狀態(tài)變化和故障原因，創(chuàng)建詳細(xì)的統(tǒng)計報告，最終優(yōu)化系統(tǒng)。通過數(shù)據(jù)庫結(jié)構(gòu)的設(shè)計可以將相互獨立的多個系統(tǒng)中的數(shù)據(jù)整合存儲進(jìn)入一個數(shù)據(jù)庫中，這樣，這些數(shù)據(jù)可以通過預(yù)制的程序被快速方便地進(jìn)行整合，以便進(jìn)行更高等級的TwinCAT3WindStatus TwinCAT3WindTraceTwinCAT3WindStatusTwinCAT3WindTraceTwinCAT3Wind