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控制系统

Beckhoff 的集成式控制解决方案在潮汐涡轮机中的应用

  2014年04月28日  

  将北海的潮汐能用作替代能源正吸引着学术界和业界的日益关注。与 2002 年成立的新苏格兰公司 Scotrenewables Tidal Power Ltd. 已开发出专为北海恶劣环境设计的创新型潮汐涡轮发电机。与传统的系统不同,新型潮汐涡轮机不需要在海底进行复杂的结构安装固定,而是浮在水面上。所有的控制功能都由基于 EtherCAT 的集成式 PC 控制平台处理。

  专为北海恶劣环境设计的潮汐涡轮机的建设

  位于苏格兰 Stromness 的海洋再生能源技术开发商 Scotrenewables Tidal Power 已开发出了漂浮式潮汐涡轮发电机 SR250。其创新的系统设计使得成本大大降低,所以,潮汐能将在不久的将来对再生能源做出巨大贡献。

  稳健创新的设计

  用于在北海恶劣环境下工作的系统必须稳健且高度可靠,只需要最小量的维护要求。一台 250 kW 的 SR250 样机目前正在奥克尼群岛外的 Fall of Warness 潮汐能测试中心进行为期两年的彻底测试,测试由欧洲海洋能源中心(EMEC)进行。

  两个反向旋转的转子从潮汐中获取动能,动能随后由发电机转化成电能并由被埋在海底的电缆传输上岸。潮汐涡轮机本质上包括一个柱形管,与水平轴平行的转子由折叠支柱连接到柱形管上。支柱使得潮汐涡轮机可采取两种位置:运行模式下,转子将延长至水下。运输和生存模式下,例如,设备将在巨浪下运行,转子将缩回以避免过度负荷。

  低廉的运行成本确保了在竞争性行业中的生存能力

  在潮汐涡轮机开发中,Scotrenewables 的主要目标就是安装和运行简单、易于访问、维护轻松和稳健。Scotrenewables 坚信,与其它再生能源相比,运行成本将是潮汐能主要的竞争力因素。传统的潮汐发电厂通常需要具有相关地基的坚固结构和用于在海域安装和维护的昂贵专用设备和运输设施,包括重型起重船等。相比之下,Scotrenewables 开发的漂浮式潮汐涡轮机可用通用作业船进行安装,使得过程费用大大降低。一旦运行,发电厂可快速且经济有效地拖到工作点进行工作或拖回港口进行维护。

  基于 PC 的集成式控制技术

  SR520 使用 Beckhoff 完全集成的控制平台,包括工业 PC、防护等级为 IP 67 的 EtherCAT I/O 和 TwinCAT 自动化软件。其控制发电厂的所有运行功能,包括涡轮机臂运动、数据记录、操作和远程监控。“SR250 的系统通信基于 EtherCAT 环型拓扑,提供了线路冗余且在断线情况下确保了系统运行。这种设计确保了快速的配置,在配置期间只需要连接少数低压电缆。本系统可控制所有活动件,包括液压系统并可与变速驱动器等外部装置通信。所有的监控任务都由 TwinCAT HMI 工具处理,无需驱动程序或其它通信协议。在 TwinCAT HMI 工具中,变量在相同的软件中被处理为程序逻辑。

  Beckhoff 苏格兰区域经理 Alan Smith 说:“这是一个特别具有创新性且要求严苛的项目。相应地,在控制组件的稳健性和可用性方面也具有严格的要求。为此,Scotrenewables 需要绝对的可靠性和高 MTBF 值。我们高度集成的控制解决方案的开放性是避免互操作性问题风险的同时提速工程工作的重要先决条件。EtherCAT 平台是类似 SR250 等研发项目的理想选择,因为其实现了模块化方法。”Scotrenewables 的开发工程师,Angel Rua 说:“SR250 的这种设计理念使得各种测试(包括拖拽测试)的执行成为可能。我们可以使用这些测试以可控的方式模拟潮汐并检查所有板载系统。全功率测试非常成功,证明了我们的漂浮式涡轮机能够可靠有效地生成能量并且可以达到其 250 kW 的额定输出。”“与并网现场发电相关的测试非常成功。” Scotrenewables 的技术总监 Mark Hamilton 说。

  至于将来,Scotrenewables 正按计划进行用于商业应用的下一代 2 MW 涡轮机的开发。SR2000 设计用于以 3 m/s 的流速实现 2 MW 的额定输出,这就意味着其将成为世界上马力最大的潮汐涡轮机,甚至可能是迄今为止马力最大的。

  用于在北海发电的潮汐涡轮机“场”模型。Scotrenewables 目前正在开发的 SR2000 有望以 3 m/s 的流速实现 2 MW 的额定输出。

  带未折叠支柱的潮汐涡轮机,其上安装有转子。运行模式下(水下),转子将延长;运输和“生存”模式下 – 例如在巨浪下 – 转子缩回以避免过度负荷。

标签:倍福 EtherCAT自动化软件我要反馈
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