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能源行业-“千瓦”与“千字节”的智能结合

供稿:WAGO—万可电子(天津)有限公司 2018/5/4 10:32:39

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  • 关键词: 能源 智能变电站 电网
  • 摘要:Ingenieurbüro Pfeffer凭借其开发出的智能变电站原型,以一种符合相关标准且十分可靠的方式将本地电网变电站的主要与辅助技术有机结合在一起。Pfeffer的解决方案目前可满足未来对智能配电站(iONS)的需求。其解决方案的核心来自于明登的WAGO。

智能——人员和财产的保护伞:Driescher Wegberg的ABSzero系统使用了WAGO的控制器和其他组件。

Ingenieurbüro Pfeffer凭借其开发出的智能变电站原型,以一种符合相关标准且十分可靠的方式将本地电网变电站的主要与辅助技术有机结合在一起。Pfeffer的解决方案目前可满足未来对智能配电站(iONS)的需求。其解决方案的核心来自于明登的WAGO。

  

如果由Matthias Pfeffer负责管理,那么现有的部分供电系统将很快成为历史。也就是说,将我们电网中的电力从一个电压级别转换为另一个电压级别的部分会被淘汰,而不是在供电系统中采用智能管理。

  

“我们的电力网络非常强大,”Ingenieurbüro Pfeffer(黑森州一家规划和设计局域电网交钥匙工作站的领先供应商)负责人解释称。“遗憾的是,”他继续说道,“未来可再生能源发电的比例将会大幅提高,而当前的电力网络还不足以应对这一发展趋势。”

  

根据联邦政府的规划,到2025年,德国可再生能源发电的比例将达到45%;到2035年,这一比例将达到60%。然而,即使目前可再生能源发电所占的比例仅为25%左右,当前电网仍不堪重负。其原因主要是在高峰时段,全国各地成千上万个独立的风力发电厂和光伏电站会将数百亿瓦的电能输送到电网线路中。

  

“为管理来源较为分散且不稳定的电能,以保持电力供应平衡,需要采用智能系统将电网中的发电机、电能储存及用电设备等所有组件关联起来”,Pfeffer表示。他认为首要任务是要扩大智能电网的应用范围,不仅要延伸到高压输电网络,还要延伸到低压电网。因为据Pfeffer称,小型电力生产商要通过低压网络将电流送入电网,而且用电设备也位于低压网络中。“本地智能配电站将在能源转型中发挥重要作用。”

Ingenieurbüro Pfeffer 首席执行官 Matthias Pfeffer

需求已彻底发生变化

  

这一发展趋势也意味着Ingenieurbüro Pfeffer要转变思维模式。1975年,Fritz Pfeffer在罗德马克创立了这家公司。当时,本地变电站均十分简单且成本低廉。变电站站房、中压开关设备、传统变压器和低压配电箱为主要技术所需的所有典型组件。而这正是Matthias Pfeffer在学习电气工程前,开始在该公司工作时所掌握的技术。

  

1996年,在获得毕业文凭几年后,这名年轻人接管了公司业务。Matthias Pfeffer带领着一支15人左右的团队,设计并实现了交钥匙变电站,改造并扩展了现有配电站,还提供各种组件 。与此同时,面临的技术挑战已彻底发生变化。“我们应以一种可靠的方式将传统的主要技术与智能的辅助技术结合起来,确保符合相关标准,从而应对未来的电力市场变化。辅助技术可帮助供应商执行测量、远程控制、控制和稳压等措施。尤为重要的是,必须对大量的变电站状态信息进行清晰的可视化处理,”Pfeffer列出了种种新的挑战。

  

大约三年前,他的团队开始开发能够完美应对这些挑战的各种解决方案。其成果之一就是坐落于新近落成的公司总部外的智能配电站原型。与传统的本地供电网络配电站类似,这种智能变电站同样是将中压网络与低压网络相连。但与技术含量较低的传统配电站相比,智能变电站还能够在一定程度上对电流进行自动化管理。

  

“可以说我们将‘千瓦’和‘千字节’融合在了一起,”Pfeffer表示。变电站站房本身是由Betonbau GmbH & Co.kG依据规范建造的;主要技术和千瓦电力(中压和低压)来自不同供应商;低压配电箱由位于艾斯莱本的Driescher Moosburg制造。

Ingenieurbüro Pfeffer销售负责人Marco Genehr

智能电网实现途径:Ingenieurbüro Pfeffer开发的智能配电站原型借助WAGO的组件实现测量、控制、调节和远程控制 。

其中辅助技术,即千字节技术以及其他技术则来自WAGO。“我们的产品可在此应用中展现出独特优势,”曾参与为智能变电站原型选择合适组件工作的WAGO技术销售顾问Tarak Viol表示。“ 例如,它们具有应对各种各样通信标准的能力以及模块化特性。”

  

然而,这并不是Matthias Pfeffer之所以决定与来自明登的这一专业自动化公司合作的唯一原因。“ WAGO在远动技术领域十分专业,同时也十分擅长传统测量和控制技术。此外,该公司以CODESYS为基础开发出了基于Web的可视化解决方案。最后一个但同样重要的原因是,WAGO宣布他们准备与我们合作开发一款能源市场真正需要的优质、可靠解决方案。”

  

在极端条件下依然十分可靠

  

在智能配电站原型中,安装了全新的750 XTR系列组件及其他组件。即使在极端条件下,这些组件依然十分可靠。XTR可确保温度处于-40°C到+70°C之间时电站能够正常工作。

  

这对于Pfeffer而言相当重要。他解释说:“我们不仅要遵从相关标准规范来保护人员安全并防止财产损失,而且还要遵从与变电站内温度变化相关的规定。

  

夏季,变电站内的温度很容易就会超过50°C。在决定使用WAGO的XTR前,Pfeffer对来自各个制造商的组件的耐热性进行了测试,测试结果表明,许多其他制造商的产品都不能耐受这种环境条件。“我们的长期合作伙伴Betonbau GmbH是一家打造符合相关标准的变电站站房的领先供应商,拥有其自己的热测试试验场,可应对电力网络环境发生巨大变化。因此可对iONS(智能配电站原型)进行热循环并有针对性地对其进行优化。”

低压侧的核心是一台PFC200控制器,可使用CODESYS自由编程。

变电站原型的智能核心由一台用于中压侧的XTR控制器和一台用于低压侧的PFC200控制器构成。这两台控制器可以使用CODESYS自由编程,会通过数字和模拟信号采集变电站中各个系统的所有数据,例如使用Modbus RTu。之后,将这些数据转化成供应商所需的通信协议,例如IEC 60870-5-101/-104或IEC 61850。最后再通过数据线路将它们传输到中央控制系统。

 

另一方面,中央控制系统可以访问变电站中的系统控制器,如来自各个制造商的中压开关设备、防护设备或测量系统等。同时,该数据流通过WAGO控制器来防止未经授权的访问:首先采用TLS1.2对数据进行加密,其次通过受到特殊保护的连接(如符合BDEW白皮书的IPsec或OpenVPN)进行保护。

  

在Pfeffer配电站原型中使用两个控制器符合逻辑基本原理。“我们希望通过使用两台控制器来展现整个系统的模块化特性,”负责 Pfeffer技术与销售的Marco Genehr与Jürgen Starck解释说。这是因为,供应商可首先安装带有一个控制器的智能低压节点,之后再添加采用辅助技术的中压开关设备。但据Genehr称,实际上一套完整的解决方案通常采用一台控制器就已足够。

  

智能变电站原型中的其他组件包括多种短路及接地故障指示灯,这些指示灯通过Modbus串行接口连接到XTR节点。所有重要的待测变量,包括能耗、电流、电压、无功功率和相长度等都通过WAGO的三相电力测量模块(采用传统电流互感器或罗氏线圈)在放电至低压侧期间是确定的。此外,还包括温度及其他传感器,这些传感器会连接到WAGO-I/O-SYSTEM的数字量输入/输出模块和模拟量输入/输出模块。

  

新建与改造配电站的解决方案

  

整个联邦共和国分布有600,000座左右的本地配电站。并非所有配电站都需要实现智能化来支持智能电网的扩展。对于必须实现智能化的配备站,可以在特定情况下进行改造。

  

然而,在决定改造还是新建之前,必须仔细考量变电站的所有组件,包括变电站站房、中压与低压配电箱以及变压器本身等。对于不再符合相关标准的现有变电站,必须着重考量人员安全和财产保护。对于抗压应力无法进入的空间,Pfeffer建议采用Driescher Wegberg的Minex ABSzero。

自20世纪70年代起,Ingenieurbüro Pfeffer就开始设计、制造和销售本地交钥匙供电网络配电站:最近,该公司搬入位于法兰克福附近的罗德马克新总部。

“防爆系统是该解决方案的一大特色,该系统可将SF6锅炉或开关设备空气绝缘连接区域中的电弧转换为电气短路,”Pfeffer解释道。

  

即使在改造项目中,WAGO的组件也可根据需要将智能控制融入系统中,其中防浪涌控制器750XTR尤为突出,该控制器满足DIN EN 60870-2-1标准,可采集并转发所有数据并可实现系统的远程控制。然而,变电站并不一定需要进行远程控制:维护团队可以使用PERSPECTO?触控面板直接在变电站内操作系统的所有功能,他们甚至可以使用平板电脑或智能手机进行操作。

  

无论是新建智能变电站还是将传统变电站升级为智能变电站,均未采用一成不变的设计方案。“在我们的解决方案中,真正的创新点在于,我们会不断改进系统并对其进行调整,使其满足相应的客户需求和要求并符合新的监管规范,”Pfeffer表示。具体设计方案包括在未来更换变电站原型中的设备:低压侧将不再使用WAGO PFC200,而是使用WAGO新近发布的XTR型号的PFC。此外,iONS将能够连接电动汽车快速充电站。若是这样考虑,罗德马克的变电站原型就不仅仅是智能原型,而是能够真正迈入应用领域。

Web可视化——WAGO和 Pfeffer联合开发的正面玻璃式变电站的可视化解决方案。

电网的智能扩展及可再生能源与电动汽车的融合对能源供应商和能源行业提出了新的挑战。这对本地供电网络配电站的影响尤为明显。主要和辅助技术必须同步发展才能解决这些难题;因此,必须将这两个长久以来被视为互不相关的领域融合在一起。在组件层面,这会对配电站中使用的组件产生影响,而在人员层面,则会对相关人员产生影响 。

  

为了打造面向未来的解决方案,需要组建跨学科团队。因此,设计与制造交钥匙变电站的领先企业Ingenieurbüro Pfeffer与经过精挑细选的合作伙伴共同合作,开展多个试点项目,旨在提升电网的安全性。其中一家合作伙伴为总部位于明登的WAGO Kontakttechnik GmbH & Co.KG。Ingenieurbüro Pfeffer与WAGO公司合作解决了诸多问题,如如何以符合标准的方式融合辅助技术以及如何有逻辑地使用远程技术等。

  

在Pfeffer于罗德马克总部举办的多场研讨会中,Ingenieurbüro Pfeffer将与其合作伙伴一道,共同探寻这些问题及其他问题的答案。在约350m2的室内展厅中,他们将展示能源技术的当前发展状态。更多相关信息,请访问Ingenieurbüro Pfeffer网站。

  www.ipi-online.de.

审核编辑(王静)
更多内容请访问 WAGO—万可电子(天津)有限公司(http://c.gongkong.com/?cid=41817)

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