采用倍福XFC极速控制技术实现高精度频率测量

德国倍福自动化有限公司

采用倍福XFC极速控制技术实现高精度频率测量

德国倍福自动化有限公司

韩国是一个典型的能源进口国，石油、天然气和煤炭几乎全部依赖进口，且在用电高峰期经常会出现电力短缺的情况，稳定可靠的供电和电网安全成了重要问题。为了防止电网波动，韩国工程公司Power21开发了一套用于频率控制的储能系统（ESS）。该系统已经在韩国电力公司KEPCO位于安城市西部的变电站得到成功应用。频率控制算法在倍福的CX5020嵌入式控制器上运行，并利用EtherCAT XFC端子模块EL3773执行高精度频率测量。

Power21的储能和频率控制系统通过在发出和消耗的电力之间维持理想的平衡确保不间断供电。总发电量的一小部分（在这里是5%）被保留，用作电力输出的额外电容，并储存在蓄能器中。储能系统在20ms时间内检测电网中的瞬时频率变化（60±0.01Hz）。电网频率通过能量储存或输出控制。

由Power21开发的储能系统（ESS）由三个主要部分组成：储能变流器（PCS）、测量频率并进行控制的能量管理系统（PMS）以及蓄能器。PCS模块的中央控制平台实质上是一个频率控制器主站，采用的是一台装有TwinCAT 3自动化软件的CX5020嵌入式控制器，其中I/O系统采用的是EtherCAT端子模块。12MW ESS的频率控制算法和系统控制在 CX 嵌入式控制器上运行，它被分为三个4MW频率控制器。这样可以保护储能系统不会出现故障，并确保ESS有一个完整的冗余设计。EtherCAT通讯添加了丰富的内置诊断功能。

通过CX5020上安装倍福TwinCAT 3软件，用C/C++编写的频率控制算法在让系统投入运行前无需进行大规模修改。因为控制器无需适应与各个I/O点或内部变量链接，给智能电网带来了前所未有的机遇。而将TwinCAT Scope View集成到Power21的HMI应用中带来更便捷的优势，让操作人员能够轻松检查数据趋势，提供数据可靠性，使得监测和分析变得更加简单。

高频率检测和响应时间若要让储能系统能够高精度控制频率波动，则电网中换流器的响应时间必须控制在200ms内。频率控制使用EtherCAT超采样端子模块EL3773以200s的速度从输入端接收电压。“Power21的频率测量算法以低于20ms的速度检测频率变化，并以0.0001Hz的精度测量频率，而我们的竞争对手采集值的时间需要150ms，精度只能达到0.001Hz。”Power21公司总经理Lee In-Eung说道。

频率控制器每隔20ms采样一次重要的操作数据并以CSV文件的格式保存在本地PMS服务器中。然后，服务器将从频率控制器采集到的所有数据汇总在一个数据缓冲区中，直到它被完全填满为止。随后发送这些数据，以尽量减少网络使用。更多分析数据和状态信息存储在数据库中。

ESS管理软件—优化用于全局通讯

由于基于PC的控制平台具有良好的开放性和可扩展性，能量管理系统（PMS）可以通过诸如DNP3远程协议、IEC 61850、Modbus或CANopen等标准协议与储能变流器（PCS）通讯。这对于在全球使用其开发的储能系统来说是个巨大的优势。使用TwinCAT PLC软件中的功能块可以创建符合能量管理系统应用程序接口IEC 61970标准的各个网关。

“在对安城市西部变电站安装的频率控制/储能系统进行竣工验收及评估时，我们可以看到它满足并超越了所有性能要求，如响应时间和响应能力测试以及控制速度计算。”Power21公司总经理Lee In-Eung解释道。由于预先进行了仿真，频率控制效果通过替换现有的频率储备发电机—新型500MW ESS的功能—得到很大改善。”最近，韩国政府已经采取适当的补偿制度推动储能系统的发展。因此，Power21已经制定了一个宏伟的目标，即到2020年，储能系统的装机容量达到100GW。