采用倍福XFC極速控制技術實現高精度頻率測量

德國倍福自動化有限公司

采用倍福XFC極速控制技術實現高精度頻率測量

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韓國是一個典型的能源進口國，石油、天然氣和煤炭幾乎全部依賴進口，且在用電高峰期經常會出現電力短缺的情況，穩定可靠的供電和電網安全成了重要問題。為了防止電網波動，韓國工程公司Power21開發了一套用于頻率控制的儲能系統（ESS）。該系統已經在韓國電力公司KEPCO位于安城市西部的變電站得到成功應用。頻率控制算法在倍福的CX5020嵌入式控制器上運行，并利用EtherCAT XFC端子模塊EL3773執行高精度頻率測量。

Power21的儲能和頻率控制系統通過在發出和消耗的電力之間維持理想的平衡確保不間斷供電。總發電量的一小部分（在這里是5%）被保留，用作電力輸出的額外電容，并儲存在蓄能器中。儲能系統在20ms時間內檢測電網中的瞬時頻率變化（60±0.01Hz）。電網頻率通過能量儲存或輸出控制。

由Power21開發的儲能系統（ESS）由三個主要部分組成：儲能變流器（PCS）、測量頻率并進行控制的能量管理系統（PMS）以及蓄能器。PCS模塊的中央控制平臺實質上是一個頻率控制器主站，采用的是一臺裝有TwinCAT 3自動化軟件的CX5020嵌入式控制器，其中I/O系統采用的是EtherCAT端子模塊。12MW ESS的頻率控制算法和系統控制在 CX 嵌入式控制器上運行，它被分為三個4MW頻率控制器。這樣可以保護儲能系統不會出現故障，并確保ESS有一個完整的冗余設計。EtherCAT通訊添加了豐富的內置診斷功能。

通過CX5020上安裝倍福TwinCAT 3軟件，用C/C++編寫的頻率控制算法在讓系統投入運行前無需進行大規模修改。因為控制器無需適應與各個I/O點或內部變量鏈接，給智能電網帶來了前所未有的機遇。而將TwinCAT Scope View集成到Power21的HMI應用中帶來更便捷的優勢，讓操作人員能夠輕松檢查數據趨勢，提供數據可靠性，使得監測和分析變得更加簡單。

高頻率檢測和響應時間若要讓儲能系統能夠高精度控制頻率波動，則電網中換流器的響應時間必須控制在200ms內。頻率控制使用EtherCAT超采樣端子模塊EL3773以200s的速度從輸入端接收電壓。“Power21的頻率測量算法以低于20ms的速度檢測頻率變化，并以0.0001Hz的精度測量頻率，而我們的競爭對手采集值的時間需要150ms，精度只能達到0.001Hz。”Power21公司總經理Lee In-Eung說道。

頻率控制器每隔20ms采樣一次重要的操作數據并以CSV文件的格式保存在本地PMS服務器中。然后，服務器將從頻率控制器采集到的所有數據匯總在一個數據緩沖區中，直到它被完全填滿為止。隨后發送這些數據，以盡量減少網絡使用。更多分析數據和狀態信息存儲在數據庫中。

ESS管理軟件—優化用于全局通訊

由于基于PC的控制平臺具有良好的開放性和可擴展性，能量管理系統（PMS）可以通過諸如DNP3遠程協議、IEC 61850、Modbus或CANopen等標準協議與儲能變流器（PCS）通訊。這對于在全球使用其開發的儲能系統來說是個巨大的優勢。使用TwinCAT PLC軟件中的功能塊可以創建符合能量管理系統應用程序接口IEC 61970標準的各個網關。

“在對安城市西部變電站安裝的頻率控制/儲能系統進行竣工驗收及評估時，我們可以看到它滿足并超越了所有性能要求，如響應時間和響應能力測試以及控制速度計算。”Power21公司總經理Lee In-Eung解釋道。由于預先進行了仿真，頻率控制效果通過替換現有的頻率儲備發電機—新型500MW ESS的功能—得到很大改善。”最近，韓國政府已經采取適當的補償制度推動儲能系統的發展。因此，Power21已經制定了一個宏偉的目標，即到2020年，儲能系統的裝機容量達到100GW。