可靠的可再生能源

原则上，电网是一种零和游戏：无论输入什么电能，它都必须在同一时刻被消耗掉 – 不多也不少。这在理论上听起来很简单，但在实践过程中却往往完全不同。越来越多的光伏和风力系统给电网运营商带来了巨大的挑战。毕竟，消费者行为几乎并不基于是否有光照或风吹。总部设在德国北部小城Flensburg的WSTECH公司已经证明，借助POWERLINK可以克服这些挑战。

在产生可再生能源时，遵守德国的中电压指令法律要求是非常重要的。这不仅仅适用于提供正确的电压和频率。馈入系统还必须符合有关存在谐波扰动的详细规范，而且还必须能够在静态和动态电网稳定中发挥积极的作用。所有这些任务都落在了构成馈入系统核心的逆变器之上。它们以可变频率处理来自光伏电池的直流电压或来自风力发电机的交流电压，然后根据需要将其馈送到电网中。

总部位于德国北部小城Flensburg的WSTECH公司成立于2001年，现有约100名员工，已经掌握了广泛的专业知识。西门子股份公司现在在合资企业中持有该公司的股份。他们的专业知识包括开发和生产控制器组件，其中逆变器通过其IGBT模块以脉冲模式进行控制。“该组件代表了我们的核心竞争力，并且可用于各类设备，”研发团队负责人Mark Ahmling说道。“凭借快速准确的控制回路，它可以确保电流以正弦形式并网，且不会产生谐波。”为了实现这一目的，WSTECH公司的开发人员需要一种几乎无抖动的高性能现场总线。

通过将多个功率模块相移180度，可以将10千赫兹的谐波相互抵消，从而不必在之后滤除。“这一诀窍不仅使我们能够减少所需的滤波量，而且还显著提高了运行可靠性，”Ahmling强调道。但是，只有在所涉及的所有模块都在±2 μs的容差范围内同步运行和通信它才有效。

在寻找合适的总线系统过程中，Ahmling的团队发现了贝加莱技术，特别是POWERLINK。选择落在了贝加莱的X20系列主控制器上，它通过POWERLINK连接到副控制器、测量板和其它组件上。POWERLINK几乎无抖动的SoC信号（ = 单芯片系统）现在可以使所有组件保持精确同步，因此这成为了成功的关键。该总线与其竞争对手有所区别的另一个因素是，它可以实时交换大量数据。

使用X20控制器对于WSTECH而言还有其它好处。“具有实时性的Automation Runtime操作系统可以使我们独立于微软，并降低恶意软件的风险，”开发人员解释道。“与此同时，每当我们考虑接口时，开放性都是一个关键标准。”这是必需的，以便能够与其它系统进行通信，目前Modbus协议在其中仍然是标准。远程维护对Ahmling也很重要，因为WSTECH系统出口至世界各地。这是通过在贝加莱的Automation Studio工程环境中使用集成的Visual Components 4工具和VNC服务器实现的。这使服务技术人员能够登录世界上的任何系统，在线分析其状况，并在必要时进行干预。

可再生能源的产生导致越来越多的分布式馈入点。随着这个数字的增加，对电网稳定性的要求也越来越高。为了确保这一点，所涉及的组件必须更快响应来自电网管理系统的控制命令，并对它们进行更精确地调节。

“尤其是在风电领域，10到40毫秒的通信周期已成为现今的标准，未来肯定会变得更短。因此，今天就为此做好准备肯定是好的，”Ahmling说道。WSTECH实施的系统概念正是如此。它还为WSTECH逆变器开辟了全新的应用，例如可根据需要动态吸收和释放多余电能的电池存储。一个例子是位于德国Schleswig-Holstein州Jardelund的锂电池储能设施，其输出功率为48兆瓦，存储容量为50兆瓦时。这允许能量流在不到一秒的时间里就能被存储或馈入电网 – 它是确保电网高度稳定的关键因素。

更高级别的工厂通信需要标准化、实时性且最重要的是安全的IT网络。随着OPC UA和基于时间敏感网络标准（TSN）的实时以太网的应用，贝加莱系统可以完美地支持这些要求。