西班牙 Power Electronics 集團已在全球 3000 多個太陽能發(fā)電及儲能項目中展現(xiàn)其在可持續(xù)能源供應領域的綜合專業(yè)實力，總裝機容量達 120 吉瓦。為控制其模塊化系統(tǒng)，該公司采用開放式高性能倍福控制技術：性能強大的嵌入式控制器與 TwinCAT 軟件協(xié)同工作，可在 110 毫秒內實現(xiàn) 330 兆瓦的靈活調度與動態(tài)負載切換。
總部位于瓦倫西亞附近利利亞的 Power Electronics 公司專注從事公用事業(yè)及儲能系統(tǒng)逆變器制造，是全球光伏領域太陽能逆變器的領先生產商。 這家成立于 1987 年的企業(yè)業(yè)務遍及 36 個國家，已實施超過 3000 個太陽能發(fā)電及儲能項目，交流側裝機容量達 120 吉瓦，累計減少近 1.2 億噸二氧化碳排放。 除生產太陽能、電池及混合逆變器外，Power Electronics 公司還為電站提供自主研制的控制系統(tǒng)，其核心組件包括電池控制器接口（BCI）和電站控制器（PPC）。
Power Electronics 公司應用工程部經(jīng)理 David Dobón、控制系統(tǒng)團隊負責人 Agustin Cano 與軟件團隊負責人 Hector Ortega 在功率模塊前合影（從左至右）
光伏電站由眾多包含太陽能和/或電池單元的獨立功率模塊構成，每個模塊均通過采用基于 PC 控制的 BCI 進行監(jiān)測與調控。每個功率模塊配備一套用于太陽能組件的逆變器，若配套電池儲能系統(tǒng)，則需額外配置直流/直流轉換器。該逆變器將太陽能組件產生的直流電轉換為交流電，根據(jù)需求既可向電網(wǎng)供電，也可實現(xiàn)電池雙向充放電。中央 PPC 則根據(jù)電網(wǎng)運營商要求，負責對整個電站所有功率模塊進行上層協(xié)調與控制。
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通過動態(tài)控制提升經(jīng)濟效益
憑借數(shù)十年專業(yè)技術積累，該公司能夠滿足全球各地差異化的嚴苛能源供應商規(guī)范，這些規(guī)范明確了電站在特定情況下為保障電網(wǎng)穩(wěn)定所需實現(xiàn)的運行特性。“若發(fā)電廠在響應時間方面滿足更嚴格的要求，便可提供所謂的輔助服務。”Power Electronics 應用工程部經(jīng)理 David Dobón 在強調高性能控制技術重要性時指出。對運營商而言，其優(yōu)勢在于能以更高價格出售饋入電網(wǎng)的電力。“我們最初實現(xiàn)的系統(tǒng)切換性能為 130 毫秒內從消耗 150 兆瓦功率轉變?yōu)檩斔?180 兆瓦，而現(xiàn)在這一過程僅需 110 毫秒。”Power Electronics 公司控制系統(tǒng)團隊負責人 Agustin Cano 補充道。實現(xiàn)如此極速切換需要快速精準的自動化系統(tǒng)，Power Electronics 通過倍福的硬件與軟件方案達成了這一目標，從而能全面控制太陽能組件、電池及混合型這三種功率模塊類型。
當 BCI 逆變器需要同時管理太陽能組件與電池時，就形成了最復雜的運行場景。
—— Power Electronics 軟件團隊負責人
Hector Ortega
Power Electronics 采用倍福 CX 系列 嵌入式控制器與 TwinCAT 3 PLC (TC1200) 控制各類電池控制器接口。“根據(jù)功率模塊的配置需求，我們會選用不同型號的嵌入式控制器，例如 Intel Atom® 處理器的 CX5120 或 CX5240。”倍福西班牙技術支持工程師 Javier Menchén 解釋道。BCI 通過 Modbus TCP 協(xié)議與逆變器、電池及其它組件通信，并以極短周期執(zhí)行復雜控制算法。
TwinCAT 3 PLC HMI Web (TF1810)作為可視化系統(tǒng)被集成在控制系統(tǒng)的嵌入式控制器中。這使得服務人員能夠通過網(wǎng)頁界面直接在現(xiàn)場或遠程訪問連接設備的參數(shù)。
未來功能升級與軟件優(yōu)化預計將需要更強的計算能力。屆時，通過更換為搭載雙核處理器的 CX5330 嵌入式控制器即可輕松提升性能。倍福西班牙銷售經(jīng)理 Miquel Coca 表示：“倍福會定期推出性能更強的工業(yè) PC 和嵌入式控制器型號，以進一步豐富其產品線，并且始終確保控制計算機的長期穩(wěn)定供貨保障與便捷擴展性。”
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電池儲能系統(tǒng)作為動態(tài)控制儲備
PPC 作為關鍵組件，負責監(jiān)測控制多個 BCI 并協(xié)調電站內所有功率模塊。Power Electronics 為此采用搭載 AMD Ryzen™ 處理器的 CX2033 嵌入式控制器。“在一個項目中，通過該嵌入式控制器協(xié)調 160 個 BCI，其性能儲備仍遠未觸頂。”David Dobón 說道。該 PPC 通過 ADS 通信協(xié)議采集處理各個 BCI 數(shù)據(jù)，并為其提供運行設定值。“ADS 協(xié)議兼具高速性與靈活性，支持通過電站以太網(wǎng)實現(xiàn)通信。”Miquel Coca 強調道。針對 PPC 軟件的升級計劃也已提上日程，未來將采用搭載四核處理器的 CX2043 嵌入式控制器。
“采用搭載開放式操作系統(tǒng)的控制 PC 使我們能夠集成 .Net 代碼，這對我們而言是重大優(yōu)勢。”Hector Ortega 在闡述倍福基于 PC 的控制技術的重要特性時強調。Power Electronics 由此成功實施了 DNP3 協(xié)議，該協(xié)議被眾多能源供應商用于上層 SCADA 系統(tǒng)與變電站之間的通信。此外，.Net 框架還用于數(shù)據(jù)庫管理與可視化界面開發(fā)。
TwinCAT 實時任務管理結合高性能嵌入式控制器，對保障太陽能電站與電池儲能系統(tǒng)的快速響應能力至關重要。”
—— Power Electronics 公司
控制系統(tǒng)團隊負責人 Agustin Cano
關于德國倍福
倍福（Beckhoff）是一家專注于自動化新技術的德資企業(yè)，創(chuàng)立于1980年，總部位于德國威爾市。作為全球自動化技術的驅動者，倍福定義了自動化領域的許多標準，是國際標準的制定者和推動者。公司所生產的工業(yè) PC、I/O 和現(xiàn)場總線組件、驅動技術、自動化軟件、無控制柜解決方案以及工業(yè)圖像解決方案既可作為獨立的組件使用，也可將它們集成到一個完整的控制系統(tǒng)中，適用于各個行業(yè)領域。經(jīng)過40多年的發(fā)展和努力，倍福已在世界各地設立40家分支機構，加上全球的合作伙伴，業(yè)務遍及75個國家和地區(qū)。
倍福于1997年進入中國市場，中國區(qū)總部落戶于上海市北高新產業(yè)園區(qū)，現(xiàn)有員工350人，辦事處遍及國內30座大中城市。創(chuàng)新產品和解決方案廣泛應用于半導體、光伏太陽能、風力發(fā)電、鋰電池制造、電子制造、汽車制造、機器人、數(shù)控機床、包裝機械、煙草機械、塑料加工、物流輸送、流程工業(yè)以及智能建筑等眾多領域。
公司傾力推廣的 EtherCAT 實時工業(yè)以太網(wǎng)于2014年成為中國國家推薦性標準，并已入編工信部的《國家智能制造標準體系建設指南》。作為一家技術驅動型公司，倍福一直注重在技術上尋求突破創(chuàng)新，在業(yè)內享有“創(chuàng)新引擎”的美譽。倍福基于PC的控制技術具有良好的開放性，它支持所有主流的工業(yè)通信協(xié)議，將IT技術、互聯(lián)網(wǎng)和自動化技術完美融合在一起，為實現(xiàn)工業(yè) 4.0 和智能制造奠定了堅實的技術基礎。
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