2009年12月底,金风科技股份有限公司(金风科技)在美国明尼苏达州UILK风电场项目的3台1.5 MW风力发电机成功实现并网运行,标志着金风科技在国际化战略的实施中迈出了重要的一步。
金风科技是领先的风力发电机组制造商和中国风电整体解决方案提供商。其核心业务为风力发电机组研发、制造及销售,亦提供全面的风电服务及开发可供向风电场运营商及投资者出售的风电场。目前,金风科技的产品已有超过6000余台被安装于全国各地。
直驱技术引领风机发展方向
为适应风电市场的快速增长及满足客户多元化的需求,金风科技根据不同的地理气候条件,进行差异化设计,形成了适用于高温度变化、高海拔、低风速、沿海等不同运行环境的风力发电机组系列。
而其在1.5 MW功率以上的风机上所采用的直驱永磁全功率整流技术,业已获得了更多用户的认可,被广泛使用在超过1000个风机场中。
CX1020嵌入式PC
直驱永磁全功率整流技术是由风力带动的涡轮机叶轮转动直接驱动永磁同步发电机,可在无齿轮箱的情况下运作。永磁同步发电机产生的交流电经由全功率整流器通过交-直-交转换接入电网。
目前金凤科技采用直驱永磁全功率整流技术的风力发电机组涵盖1.5 MW、2.5 MW、3.0 MW级的各个系列。由于直驱技术不需要使用齿轮箱,而是采用专有的变流整流装置将风机发出的电进行并网,使得采用该种技术的风机具有发电能力高;传动机械损失小,整机效率高;结构简单,风力发电机组具有很高的可靠性和可利用率高;并网性能优越;电机体积更小、质量更轻等诸多优点。同时采用该种技术的风力发电机组由于采用无齿轮直驱技术可减少风力发电机组零部件数量,避免齿轮箱油的更换,降低了运行维护成本,业已成为风机技术发展中的一个重要方向。
目前,除金风科技外,包括GE、三菱等公司都已经开始采用这种直驱技术应用于风机上。
联手倍福
在倍福中国公司华北区销售经理单汝国的销售记录表上,为金风科技所提供的工业PC、总线模块、I/O模块等产品数量累计已经超过了10万个。毫无疑问,倍福已经成为了金风科技最为信赖的合作伙伴。
金风科技与倍福公司的合作历史并不算短,从金风科技在谋求世界先进风机技术与德国VENSYS公司合作时,倍福就已经是VENSYS的紧密合作伙伴,而随着金风科技成功收购VENSYS公司后,与倍福的进一步合作就更加紧密。
“如今金风科技1.5 MW级以上的70、77、82等风机主控基本都采用了倍福的嵌入式PC,同时根据不同的需要也会选用倍福的工业PC、控制器、显示器、总线耦合器、总线端子模块及现场总线系统等诸多产品。总之,金风科技与倍福公司的合作是多方位的。”金风科技股份有限公司电控技术中心副主任宇文博博士表示,倍福公司在风电领域经验丰富,拥有很强的解决方案能力。其基于Windows的开放式控制系统平台,可以很好地解决诸多风电控制上的复杂问题。“在传统的风机主控中,通常会选用PLC或者专用单片机控制器作为主控系统,但在经济性、适用性、可利用性等诸多方面的促进下,以及国家政策的推动下,如今风力发电机已朝着大功率机组的方向发展,1.5 MW级的风力发电机已经成为主流。这种情况下,风力发电机所需要的控制方案算法就更加复杂,同时加上风机场的工况十分恶劣,更要求主控系统这个‘大脑’的思考能力更强。”
“倍福公司的基于嵌入式PC的控制系统可以完成非常复杂算法,使得风机的应用非常得心应手,同时它的硬件是基于PC的嵌入式平台,供货来源丰富,系统平台对硬件的依赖性变得更小,也更加能够适应恶劣的环境要求。”宇文博博士表示,倍福基于PC的控制技术可以确保系统的开放性,这为在控制器上的编程软件提供了更高的灵活性,控制系统应用设计和二次开发性能都十分方便。
在质量方面,宇文博博士则表示,金风科技所采用的永磁直驱发电机比通常用的双馈发电机减少了一个齿轮箱,在并网时使用一个变流器,这种方式使得该型式发电机组在电网侧的调节能力非常强,也更加灵活,可以很好地适应电网的波动。但这种发电方式相比于双馈发电机来说对功能部件的要求也更高,需要有更强的抗电磁干扰能力。而倍福公司的控制器凭借多年的风电行业使用经验,完全可以满足这种要求。
倍福——风力行业的最佳自动化供应商
如果要将风力发电机比作一个人的话,那么主控系统就好比是这台风机的“大脑”。与其他控制器解决方案相比,倍福基于PC的控制系统优势非常明显,仅用一台计算机即可实现控制的连接。
以金风科技风机上常用的CX1020(如图)为例,这是倍福公司把PC技术和模块化I/O集成在一个单元内的控制器。CX1020通过一个具有更高 CPU 性能的版本扩展了 CX 产品系列,可以将总线端子和 EtherCAT 端子直接连接。
CX1020配备有1 GHz的Intel® Celeron® M CPU,它是一个节省功耗的设备,能够在极低的内核电压下进行工作,设计紧凑,无需使用风扇。因为采用了压缩式闪存作为启动和内存介质,所以控制器不需要旋转式介质。
CX1020 的结构和组件也是由若干个模块构成,用户可以根据需要组装这些模块。最简单的配置包括一个CPU模块和一个多功能电源模块。这些设备和所有其他CX模块之间都是通过 PC104 总线进行连接,标配的基本 CPU 模块带有两个 RJ 45 插口和一个集成的三端口交换机。在实际应用中,无需使用另外的交换机即可方便地对线型拓扑结构进行配置。
作为模块化的工业PC以及与倍福的TwinCAT 软件紧密相关的产品,CX1020具有与大型工业 PC 同样的功能。在 PLC 方面,最多可以对四个虚拟 IEC 61131 CPU 进行编程,每个CPU最多可以运行4个任务,最小循环时间为 50 µs,可以使用所有IEC 61131-3编程语言。
CX1020可以使用Windows CE 或嵌入版Windows XP等操作系统。
实际上,嵌入式工业PC只是最能代表倍福公司在风电行业解决方案能力的代表产品之一。作为风电行业的专业自动化供应商,倍福公司很早就进入了风电市场,并为风电行业提供包括工业PC、I/O、现场总线组件和 TwinCAT 自动化软件等产品所构成的集成式、可满足不同需求的模块化控制系统,为风力发电机中与处理能力、复杂性和成本等相关的每项任务提供合适的解决方案。
在德国吕贝克分公司,倍福拥有专业的风电技术中心,负责研究全世界各种类型的风电场自动化应用情况,也承担着继续完善倍福风电应用解决方案的任务。
除了在欧洲和美国风电市场大展身手外,倍福公司在中国风电市场也异常活跃,通过与金风科技、明阳等风电设备厂的合作,先后为中国的风电设备制造厂提供技术咨询、自动化产品,以及为用户定制开发全套的风机主控系统。
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