在可再生能源领域，如海装风力发电机组、潮汐与波浪能场景中。海上的盐雾腐蚀会影响系统的长期有效工作。因此，系统须满足这一严苛环境要求，并经由船级社认证。

图2-贝加莱X20系统经过船级社认证

贝加莱的X20控制系统（如图2），在获得了德国劳埃德船级社（GL）的认证后，又新增挪威船级社（DNV）、韩国船级社（KR）、劳氏船级社（LR）和美国船级社（ABS）的认证。

X20组件中带涂层的型号现在还适用于更宽的工作温度范围。它们甚至可以在低至-40°C的启动温度下安全地使用。扩大温度范围有利于其在冷藏设施和极地环境中使用。X20涂层模块是电路板经过特殊涂层处理的X20标准模块，以此可以保护它们免受冷凝、有害气体和其它环境因素的影响。

电力行业对于高可用性的需求是先天的，因为确保持续的电力供应无论对于医院、数据中心还是商业与住宅都是非常重要的。因此，发电机组的运行必须处于高可靠的设计下。

X20CPU能够为电力系统提供冗余的支撑，如图3。

图3-贝加莱冗余系统支持

这里的冗余包括了主控制器、网络的冗余，其通过POWERLINK可以达到μS级的冗余性能，确保快速的切换。不仅包括X20 PLC，也包括APC系列的工业PC支持冗余，这些作为操作员站、工程师站、数据服务器站的基础设施，同样提供高可用性的服务。

对于发电需要与输配电系统并网，它需要一个测量和同步。因此，贝加莱开发了专为电力系统测量与并网同步的专业模块，这款型号为X20CM0985的模块被广泛应用于电力领域的测量与并网。

X20CM0985的常规测量包括对线电压、相电压、频率的测量（如图4）。以及发电侧相电流、电流/动态电流均值、中线电流，线电压、相电压、视在功率、有功/无功功率的测量。

图4-X20CM0985-电力测量与同步模块

该模块最大的特点是具有同步并网功能，两路同步主网端口可同时监测电网侧和发电机侧的电压、相位、频率、相角差、电压差等参数。模块内部可比较判断同步条件是否具备，当网侧和发电侧的电压幅值、相位差、频率差满足一定条件时，激活并网功能，输出脉冲信号触发并网开关，使发电机回路输出电能馈送到电网上。并对热过流、不平衡负载、短路电流、电压不平衡、励磁等进行监测。

每个涡轮机的一个重要测量值是转速。相关控制器必须能够对任何速度变化做出快速而精确的响应。凭借1 µs的极速应用程序响应时间。reACTION技术被证明非常适合这类应用，因为测量，预处理以及必要时的响应都可以在I/O模块中直接实现。

reACTION技术支持：

· 极速I/O响应

· 面向低端和高端系统

· 完全集成

· 开放的IEC 61131技术

· 集中的软件管理

· 分布的程序执行

图5-APROL DCS系统架构

APROL是一个建构在SUSE-Linux平台的DCS系统（如图5），它融合了DCS在控制算法、模型预测、先进过程控制等方面的能力外。并连接开放的数据库、Web发布系统、报表、趋势分析、智能算法的集成。APROL可以为发电机组提供整个机组单机控制，以及由多个机组构成的电场，包括像风力发电、光伏电站、沼气发电/燃气轮机机组群构成的电场。

除了能源电力所需的硬件软件平台，贝加莱还在数字化，包括对于IEC61850规约、IEC104规约、OPC UA通信架构、云平台、MQTT等通信与数字连接、分析工具软件的支持。也使得贝加莱可以在数字时代更好的让能源系统实现集成。基于Hypervisor+exOS的进行IT的大数据采集与基于数据的数据分析，实时分析，基于人工智能的优化参数下发给PLC。实现一个工控机，实时控制+IT数据智能分析的同时运行。

贝加莱能源行业解决方案

分布式能源，包括采用活塞式机组、燃气轮机（Gas Turbine）、沼气（Biogas）组成的热电联产（CHP）。CHP可以将能源利用效率提升至60%甚至以上。在船舶、医院、园区等需要提供电力及制冷/热需要的区域，采用活塞式/燃气轮机控制的机组构成了独立的系统。

图6-针对燃气轮机组的单机控制系统

如图6所示，贝加莱为CHP提供了完整的控制系统：

发动机管理，包括机器的状态、策略、趋势、报警等；

电力测量、同步与保护：如前所述，X20CM0985确保这个任务的完成；

各种采样，除了电力采样，也包括机组的转速、振动、进出口温度、腔室压力等关键参数；

借助于SiteManager，机组可以被远程监测，提供快速的服务。

图7-来自MTU的机组配备贝加莱控制系统。

在全球知名的燃气轮机机组制造商MTU Onsite Energy（如图7），它的机组可以采用天然气、沼气等发电。机组从120kW-2.5MW。贝加莱提供的机组控制可以直接安装于机体，提供电力测量与保护。

沼气发电

来自德国的Agrikomp是知名的生物气体发电站运营公司。目前已经运行了大约800个沼气电站，如图8。

他们采用了贝加莱的APROL作为管理整个发电机组和电厂的系统。

APROL可以管理各种I/O、第三方仪表与分析仪器、执行机构，支持HART、FF等协议。

APROL为机组及整厂提供工程组态、控制算法、连接、数据呈现的完整DCS能力。

图8-沼气发电机组

潮汐与波浪能发电

采用潮汐涡轮机（Tidal Turbine）发电也正在兴起，在涨潮时蓄水，退潮利用这个水的势能驱动水轮机组发电，如图9。

由于潮汐发电需要工作在海岸线，因此，其对于控制系统的耐腐蚀性有着严格的要求。另一方面，考虑到系统的高可靠运行，同样也需要在系统里支持冗余技术。

ANDRITZ采用贝加莱系统，在苏格兰建设了一个潮汐发电站。项目1期采用了3组1.5MW的潮汐发电机组。这个项目自2017年投入运用，一直处于“免服务运行”，即使出现模块失效。采用控制器、总线、传感器冗余/共享机制的系统，确保了它的高可靠性运行。

图9-潮汐发电机组运行现场

图10为贝加莱的冗余架构，可以支持在I/O、电源、控制器几个方面的冗余。

图10-X20的冗余控制系统支撑潮汐发电机组运行

当然，前面所述的电力采样与同步、船级社认证的控制系统，同样适用于潮汐发电机组及其管理。

而另一种发电模式为波浪能，来自Pelamis的波浪能发电，采用了180米长，4米直径，1350吨的蛇形波浪发电机组。它可以提供750kW的发电能力，如图11。

PELAMIS通过自己开发的POWERLINK从站控制着液压单元。

这个机组可以支持非常高可靠的运行，由带有总线冗余的控制站连接。独立的单元连接到中控室。

它的设计使得这个机组在系统故障时，仍然处于可靠运行状态。

图11-波浪能发电

风力发电

风力发电作为一种清洁能源，一直处于快速的发展中。最近几年，海基的风力发电机组成为了关注的重点领域。

风力发电机组对于控制系统有严格的环境需求。它需要进行高低温HALT测试，以确保其在低温环境（如零下40℃）下依然可以运行。而另一方面，海装设备的电气控制系统也要通过船级社的认证—如前所述，X20系列的PLC都已经获得了全球主要的船级社认证。

图12-贝加莱海装风力发电机组控制系统

功能安全系统

在风力发电机组上，功能安全需要确保机组和人员的安全，它需要达到IEC61508的SIL3安全等级认证，以确保机组在“风速超速”、“通信中断”、“急停动作”等各种危险情况下的设备及人员安全，如图13位功能安全模块。

图13-功能安全产品

贝加莱有着完整的功能安全系统，包括SafeLOGIC，它提供安全逻辑的控制，它可以支持数字量/模拟量的安全信号采样。openSAFETY确保安全的通信连接，对于通信中潜在的数据丢包、失真、差值等进行处理。而SafeDesigner-为安全系统设计提供经过认证的工具与软件模块。

在风力发电系统中，贝加莱的功能安全系统保障重值资产和人员的安全。

光伏发电

光伏发电正在成为新能源的主力军，而光伏本身的生产属于长流程制造业。贝加莱在光伏领域更多聚焦在光伏电池制造环节。从单晶硅炉拉制、开方切片、制绒/清洗、扩散、PECVD、丝网印刷、烧结到组件的组装。光伏涵盖了众多的设备制造。

光伏领域随着钝化工艺从铝背场、PERC、HJT、TOPcon，以及组件技术的BC、IBC等，不断的提升着其发电效率。而更大、更薄的晶片等技术的进步，使得光伏制造的均量化度电成本（LCOE）持续下降。今天，光伏领域已经达到了较高的经济性，使得其在各个能源竞争中得以处在领先地位。

贝加莱自2008年在中国进入光伏设备领域，借助于智能温控在单晶炉/扩散/PECVD领域、张力控制技术在多线切割领域的应用，也获得了该领域业务的长足进步。

图14-光伏发电场

图15-单晶炉结构简图

图16-单晶炉控制系统功能设计

在光伏拉单晶的过程中（如图15），需要有稳定的温度梯度控制，以确保长晶工艺过程的一致性。而在这个过程中对于晶体直径、重量的控制，也使得晶棒良好的生长，为后续加工提供可靠的品质保障。考虑到长晶过程的能耗，需要对温度进行有策略的控制，以避免不必要的能源消耗，以及内耗造成的损耗，图16是该系统的一些功能设计。

图17-PECVD设备控制

对于如图17的PECVD设备而言，它需要根据不同的配方提供不同的温度、压力控制，以获得最佳品质。温度的控制主要聚焦在如何提供温度的稳定性、斜变能力。气体压力高精度闭环，以及在电池的处理中配方的管理。针对不同的晶圆提供不同的沉积材料和工艺的控制。

除此之外，贝加莱在光伏切片、激光焊接、电池的电路测试、电场的监测也同样有着应用。

除了以上，贝加莱也在新兴的储能、制氢、燃料电池领域的生产，开始发力，在后续将针对锂电储能、制氢等进行应用方案的专题介绍。

文章来源： 贝加莱工业自动化

图片来源： 贝加莱工业自动化

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责任编辑：朱晓裔

审 核 人：李峥