隨著近年來風力發(fā)電裝機容量的不斷提升，風力發(fā)電占所在電網的比例也隨之持續(xù)增加。眾所周知，風能具有高度的隨機波動性與間歇性，所以大規(guī)模的風電接入會對電力供需平衡、電力系統(tǒng)的安全以及電能質量帶來諸多嚴峻的挑戰(zhàn)。2011年初發(fā)生在甘肅酒泉等地的多起脫網事故也說明了制定風電并網規(guī)范的緊迫性。因此,國家電網提出了風電場接入電網的技術規(guī)定，由此產生了電網友好型風機和風電場的概念：

1、 風機具有有功無功調節(jié)和低電壓穿越能力，確保電網發(fā)生波動時風機不解列；

2、 風電場擁有風功率預測系統(tǒng)，能夠完成風電場48小時內的短期功率預測和15分鐘至4小時的超短期功率預測；

3、 集中優(yōu)化配置有功功率和無功功率控制系統(tǒng)，實現風機的遠程調節(jié)控制。

基于以上幾點，不少整機制造商提出了智能風電場的概念，通過風電場網絡能夠遠程集中監(jiān)控風機和風電場的運行，并能實時的對功率進行控制。這些需要有高性能的風機控制器、相應的電力測量設備和快速的現場總線。德國倍福自動化有限公司基于PC的控制技術，具有良好的開放性和靈活性，倍福系列產品包括工業(yè)PC、I/O、現場總線組件和 TwinCAT 自動化軟件，高性能的PC和功能齊全的端子模塊可為廣大風電客戶提供全面、優(yōu)質的風力發(fā)電機和風電場電力監(jiān)控解決方案。

 

該方案是基于倍福系列產品的風力發(fā)電機組和風電場的調度實時網絡方案，如下圖1。

圖1 風電場電力監(jiān)控實時網絡

該方案是基于倍福的工業(yè)PC、電力測量端子模塊、帶光纖接口的 EtherCAT 耦合器和實時的 EtherCAT  技術。倍福工業(yè)PC上運行專用的能量管理平臺，具有強大的風電場電力監(jiān)控功能。該平臺提供與電網調度接口，集中實時控制風電場的電壓、功率等等。保證風電場與接入地區(qū)電網相互協(xié)調運行，實現高效的風電場運行和管理。EtheCAT 光電轉換耦合器模塊把能量管理平臺與風電場內的風機連接到一起，組成風電場電力監(jiān)控實時網絡，可在風電場網絡中實現小于 1 ms 的實時控制任務。專用的電力測量端子模塊配合特有的低電壓穿越控制模塊監(jiān)控風場電網公共接入點和單臺風機并網側的電網狀況（電壓、頻率、有功、無功等等）。

 

風電場電力監(jiān)控實時網絡方案分為兩部分：

1 單臺風力發(fā)電機組的電力監(jiān)控，如下圖2

 

圖2單臺風力發(fā)電機組的電力監(jiān)控

       該方案采用了倍福嵌入式工業(yè) PC CX5020控制器作為單臺風機的主控制器，主控制程序基于TwinCAT軟件，運用倍福自主開發(fā)完善、高效、成熟的風電專用功能庫，集成先進的控制算法，很好的協(xié)調控制風機各部件和子系統(tǒng)的運行。根據當前的風況和風電場能量管理平臺的控制指令，控制風機的輸出電壓、頻率和功率等等，保證風機的穩(wěn)定運行。

       控制器自帶的以太網接口可連接到交換機模塊 EL6601，可以通過 ADS、OPC、Modbus TCP 等通訊協(xié)議與風電場的 SCADA 系統(tǒng)進行數據交換。通過 EtherCAT 網橋模塊 EL6692 和擴展模塊 EK1110 接入風電場實時控制網絡，與能量管理平臺進行通訊，滿足對整個風電場的實時控制的需要。EK1501 作為單臺風機與風電場 EtherCAT 實時網絡的接入點。

EL3413 模塊可直接監(jiān)測單臺風機并網側的 690 V AC電壓、電流、頻率、有功、無功、發(fā)電量，以及21次以內的諧波等等。風機主控系統(tǒng)通過采集的電力數據監(jiān)測風機運行狀況、相關的數據可通過風場網絡傳送到風電場中控室的能量管理平臺和 SCADA 系統(tǒng)。

 

2 風電場公共接入點電力監(jiān)測，如下圖3