Skip to main content

Valós idejű kommunikáció szélfarm-alkalmazásoknál

Megjelent: 2015. április 14.

Beckhoff 1 abraAz Európai Szélenergia Társaság (European Wind Energy Association) a szélenergia- ter­melő kapaci­tás 64%-os bővülését várja Euró­pában 2020-ig. Példa erre az a több tucat, 217 MW összteljesít­ményű turbina is, amelyeket nemrég helyezett üzembe egy skót szélfarmon a francia Alstom vállalat. Ennek az – Európában az egyik legnagyobbnak számító – „onshore” projektnek a gerincét a gyors EtherCAT-kommunikáció és a Beckhoff I/O-eszközei alkotják.

 

Optikai szálas EtherCAT-hálózattal a szélturbinák hatékonyságáért

Az Alstom egyik legújabb szélenergia-projektjét Glasgow mellett, Skóciában helyezték üzembe a Whitelee szélfarm bővítésekor. Az újabb 217 MW-os telepített teljesítmény 124 ezer háztartás energiaigényét képes fedezni. Ennek az „onshore”[1] szélfarmnak a bővítése – az első nagy volumenű projekt, amelyben az Alstom nagyteljesítményű, ECO 100 típusú szélturbináit alkalmazták – új technikai szint megjelenését is jelentette az egész európai kontinensen. Ezen a telephelyen 69 db 3 MW-os és 6 db, egyenként 1,67 MW kimenőteljesít­ményű, ECO 74s típusú turbina szolgálja a szélenergia termelését.

 

Beckhoff 1 abra

Annak érdekében, hogy a kibővített szélfarm megbízhatóan ellássa villamos energiával a skóciai Glasgow városát, az üzemeltető a gyors EtherCAT-kommunikációra és az azzal együtt alkalmazott megfelelő vezérléstechnikai összetevőkre támaszkodik. A képen az Alstom ECO 100 típusú szélturbinák egy csoportja.

Fejlett vezérlési technológia gondoskodik a szélfarm megbízható működéséről

Az Alstom Wind e-control™ rendszere feltételezi, hogy a vezérlési feladatok ellátása, mint pl. a feszültség, a teljesítmény és a frekvencia szabályozása, a szélfarmon belül történik. A Wind e-control™-rendszer például meddőteljesítmény szabályozásához – a szélfarm és az elektromos hálózat közötti átadási ponton – számos különböző mérési adatot vesz át a parktól. Az egyes országok saját villamosenergia-üzemeltetési és -kereskedelmi szabályzataiban meghatározott követelmények a vezérlőrendszer segítségével megbízhatóan teljesíthetők. Az üzemeltetési és kereskedelmi szabályzatok előírásai a hálózat stabilizálását szolgálják, ami a megújuló energiaforrások kihasználását végző iparág bővülésével egyre inkább alapvető fontosságúvá válik. Ezenkívül a vezérlőrendszer éppúgy lehetővé teszi egy vezérlőteremből az üzemeltetés helyszíni irányítását, mint a távirányítást a SCADA-rendszerrel folytatott adatkommunikáción keresztül. A Wind e-control™-rendszert első alkalommal ezen a szélfarmon telepítették és alkalmazták sikeresen. Az Alstom hálózatintegráció-tervező mérnöke, Vicenç Casadevall így tájékoztat a vezérlőrendszer néhány fontos részletéről: „Egyrészt van egy meddőteljesítmény-szabályozó rendszerünk (Reactive Power Control ‑ RPC), amely három szabályozási üzemmóddal rendelkezik. Ha a meddőteljesítmény szabályozása ’Feszültségszabályozás’ üzemmódban történik, a szélfarm üzemeltetőjének specifikációi szerint módosítani lehet a feszültséget az átadási ponton annál a csatlakozásnál, ahol a szélfarm kimenete a hálózatra kapcsolódik (Point of Common Coupling - PCC). A ’Teljesítménytényező-szabályozás’ (Power Factor Control ‑ PFC) üzemmódban a PCC-nél mérhető teljesítménytényező szabályozható. A ’Meddőteljesítmény’ üzemmód lehetővé teszi a szélfarm üzemeltetője számára, hogy a berendezéseket előre meghatározott mennyiségű meddőteljesítmény mellett működtesse. Ezenkívül rendelkezésünkre áll a ’Hatásos teljesítmény szabályozása’ (Active Power Control ‑ APC) lehetőség is, amelynek két szabályozási üzemmódja van. A hatásos aktív teljesítmény a ’Hatásos teljesítmény korlátozása’ üzemmódban előírható a szélfarm hatásos kimenő teljesítményének maximális értéke. A ’Frekvenciaszabályozás’ (Frequency Control ‑ FC) üzemmódban a hatásos teljesítmény határolására akkor kerül sor, ha a frekvencia meghalad egy bizonyos szintet.”

A gyors és gazdaságos adatkommunikáció alapja az EtherCAT

Az EtherCAT a Wind e-control™-rendszer megvalósításánál használt másik alapvető fontosságú technológia. Ennek a nagyteljesítményű adatkommunikációs hálózatnak az alkalmazása nemcsak az egyes szélturbinák esetében javasolt, hanem a farm hálózatának kialakítása szempontjából is különösen fontos. A farm- és turbinavezérlők egymással szinkronizált, 5 ms-os ciklusideje lehetővé teszi a 200 ms-nál rövidebb válaszidőket a szélfarm feszültségszabályozásánál.
Vicenç Casadevall erről ezt mondta: „Azok miatt a nagy kihívást jelentő időbeli követelmények miatt, amelyeket teljesítenünk kellett, az Alstom K+F munkacsoportja olyan kommunikációs protokollt keresett, amely determinisztikus módon működik. Végül az EtherCAT-protokollt választottuk. Ez megbízható és gyors működé­sének köszönhetően minden tekintetben megfelel igényeinknek.”
Dirk Kordtomeikel, a Beckhoff szélenergia-üzletágának veze­tője a sebesség mellett az EtherCAT rendszer költségelőnyeit is hangsúlyozza: „Manapság a szélfarmokon működő hálózati eszközök többségénél optikai szálas kábeleket alkalmaznak. Ezek megfelelnek az EtherCAT igényeinek, és lehetővé teszik a meglévő kábelhálózat használatát anélkül, hogy további kiadások jelentkeznének a rendszer üzembe helyezésekor. Ezenkívül az EtherCAT-alapú szélfarm-adathálózatunk megfelel a kábelredundancia követelményeinek is. A más buszrendszerekhez csatlakozó interfészek szintén erősítik a teljes rendszer nyílt jellegét, és rugalmasabbá teszik azt. Az üzemeltető alacsonyabb áron kapja meg az összes fent felsorolt előnyt, mint más, valósidejű Ethernet-protokollok alkalmazásakor.”

Az EtherCAT nagy távolságok áthidalására képes

Egy EK1100 EtherCAT-csatlakozó kapcsolja össze az I/O-szintet a vezérlőállomással. Az EtherCAT-csatolók széles skálája képes az összes olyan jelforma feldolgozására, amely a szélfarmok automatizált működése során felmerülhet. Egy másik EK1100-csatoló a különböző EK1521 EtherCAT optikai szálas csomópontok csatolói­val kommunikál. Az optikai szálas csatlakozókkal ellátott EK1501 EtherCAT-csatolókkal együtt ezek rugalmas és nagyméretű optikai szálas hálózatokat hoznak létre az egyes szélturbinák között. Míg a standard Ethernet-kábelek legfeljebb 100 m távolságot engednek meg két állomás között, két optikai szálas eszköz között a távolság sokkal nagyobb lehet. Többmódusú üvegszálas kapcsolat esetén ez 2 km, egymódusú (single-mode) üvegszál alkalmazásakor pedig akár 20 km is lehet.

Beckhoff 2 abra

A transzformátorállomáson elhelyezett Wind e-control™-rendszer kommunikál a szélfarm egyes turbináival

 

Beckhoff 3 abra

 Az EtherCAT topológiájának vázlata mutatja azokat a funkciókat, amelyeket az egyes modulok kezelnek a szélfarmon

Egymással összhangban működő hardver- és szoftverkomponensek

A gyors adatkommunikáció követelménye mellett a hardver és a szoftver megbízható működése is életbevágó fontosságú, különösen szélturbinák esetében, amelyeknél nagyon gyakoriak az olyan mostoha környezeti körülmények, mint az intenzív vibráció és a ‑60 °C és +55 °C közötti üzemi hőmérséklet. A Beckhoff Automation vállalattal kialakított szoros együttműködés fontos tényező volt Vicenç Casadevall számára: „Mivel a Beckhoff találta fel az EtherCAT-et, egyértelmű volt számunkra, hogy a legjobb hardver- és szoftvermegoldások is rendelkezésre állnak majd a vállalatnál, optimálisan ille­sztve a terepi buszrendszerhez. Ezenkívül a Beckhoff régóta folytatja tevékenységét az automatizálási technológia területén – különösen a szélenergia iparban, és nagyon jó a hírneve az Alstomnál.”

 


[1] A „nem egyenesvonalú” fejlődés jellemző példája a cikk szóhasználata. Kezdetben a nagyobb szélfarmok természetes telepítési helye a szárazföld volt a könnyebb telepítés és karbantartás érdekében. Később – az állandó széljárás és a kisebb környezeti ártalmak (pl. zajterhelés) miatt – a sekély, tengerpart-közeli vizekre telepített szélfarmok is általánossá váltak, amelyeket megkülönböztetésül „offshore-telepítésűnek” kezdtek nevezni. Úgy tűnik, ez utóbbi tendencia ma már annyira általános, hogy a szárazföldi telepítésű szélfarmokat kell a tengerpartiaktól az „onshore” megnevezéssel megkülönböztetni. – A szerk. megj.

 

BECKHOFF Automation Kft.
1097 Budapest, Gubacsi út 6.
Tel.: + 36 1 501 9940
E-mail: Ez az e-mail-cím a szpemrobotok elleni védelem alatt áll. Megtekintéséhez engedélyeznie kell a JavaScript használatát.
www.beckhoff.hu

Még több BECKHOFF

 

Címkék: Alstom | szélfarm | szélturbina | EtherCAT | optikai szál