配備高端測量技術的電網

　　— 引領未來能源轉型的新引擎

　　近年來，德國政府出台多項措施加速推動能源轉型，太陽能、水能和風能等可再生能源的比例大幅增加
，到 2023 年，這些可再生能源的發電量已經占到德國總發電量的一半以上。倍福 I/O 產品經理 Fabian Assion 博士從控製技術的角度深入剖析了高度波動的可再生能源占比給電網運行帶來的挑戰
，以及這一現狀對構建未來智能電網的深遠意義。

　　Q：智能電網在能源轉型中扮演什麼角色？對電網管理有什麼深遠影響？

　　Fabian Assion 博士：可(ke)再(zai)生(sheng)能(neng)源(yuan)發(fa)電(dian)量(liang)占(zhan)比(bi)的(de)增(zeng)加(jia)導(dao)致(zhi)供(gong)電(dian)網(wang)穩(wen)定(ding)性(xing)麵(mian)臨(lin)更(geng)大(da)挑(tiao)戰(zhan)的(de)原(yuan)因(yin)主(zhu)要(yao)有(you)兩(liang)個(ge)。第(di)一(yi)個(ge)原(yuan)因(yin)是(shi)，可(ke)再(zai)生(sheng)能(neng)源(yuan)的(de)發(fa)電(dian)方(fang)式(shi)更(geng)加(jia)分(fen)散(san)，不(bu)再(zai)像(xiang)以(yi)前(qian)的(de)大(da)型(xing)發(fa)電(dian)廠(chang)那(na)樣(yang)集(ji)中(zhong)。因(yin)此(ci)，現(xian)有(you)的(de)電(dian)網(wang)物(wu)理(li)結(jie)構(gou)已(yi)難(nan)以(yi)滿(man)足(zu)當(dang)前(qian)分(fen)布(bu)式(shi)能(neng)源(yuan)發(fa)電(dian)的(de)需(xu)求(qiu)：dianliudebianhuayoushihuiyinfadianwangbuwending
，shenzhichuxianguozaixianxiang。diergeyuanyinzaiyu
，chuantongfadianchangtongchangshiyongdedoushitongbufadianji。zheduiyudianwangyunxinglaishuoshigefeichanglixiangdexuanze
，liru，zaifashengjiediguzhangshi，tanengtigongzuijiadianwangzhicheng。erkezaishengnengyuandefadianzeyounibianqikongzhi。yinci，tamenzaicileiqingkuangxiatigongdianliunenglifangmiancunzaijuxianxing
，zheyehuidaozhidianwangbuwending。dangqiannengyuangonggeiwangluodezhengtikongzhiyeyinciyufaxiandecuozongfuza。erzhezhengshizhinengdianwangdeyongwuzhidi：智能電網擁有更詳盡
、實時的電網狀態信息
，因此更易於控製。

　　

　　倍福 I/O 產品經理 Fabian Assion 博士：“隨著可再生能源占比的持續攀升，電網的各個層級亟需融入更多且控製係統集成的測量技術。”

　　Q：在測量設備方麵，智能電網需要哪些額外的技術需求，能舉例說明嗎？

　　Fabian Assion 博士：必bi須xu在zai電dian網wang的de各ge個ge層ceng級ji額e外wai使shi用yong測ce量liang設she備bei。迄qi今jin為wei止zhi，特te高gao壓ya與yu高gao壓ya領ling域yu已yi廣guang泛fan采cai用yong了le這zhe一yi技ji術shu
，但dan中zhong壓ya與yu低di壓ya領ling域yu則ze鮮xian有you實shi施shi，幾ji乎hu處chu於yu空kong白bai狀zhuang態tai。從cong投tou入ru角jiao度du來lai說shuo，事shi實shi上shang，低di壓ya電dian網wang尤you其qi需xu要yao進jin行xing升sheng級ji。這zhe是shi因yin為wei相xiang較jiao於yu高gao壓ya電dian網wang，低di壓ya電dian網wang的de覆fu蓋gai範fan圍wei更geng為wei廣guang泛fan。因yin此ci，相xiang應ying的de需xu要yao布bu置zhi更geng多duo的de測ce量liang點dian。即ji便bian是shi采cai取qu了le最zui為wei合he理li且qie全quan麵mian的de方fang法fa，也ye仍reng需xu部bu署shu數shu十shi萬wan個ge測ce量liang點dian。我wo們men可ke以yi以yi供gong電dian網wang最zui末mo端duan環huan節jie的de變bian電dian站zhan為wei例li來lai討tao論lun增zeng設she測ce量liang點dian的de問wen題ti。變bian電dian站zhan是shi將jiang中zhong壓ya電dian轉zhuan換huan為wei低di壓ya電dian的de場chang所suo，通tong常chang有you 8 個ge或huo更geng多duo低di壓ya輸shu出chu端duan的de變bian壓ya器qi來lai完wan成cheng這zhe一yi轉zhuan換huan過guo程cheng。這zhe些xie電dian壓ya輸shu出chu端duan都dou應ying配pei備bei先xian進jin的de測ce量liang設she備bei，以yi精jing準zhun測ce量liang各ge個ge關guan鍵jian變bian量liang。在zai德de國guo，約yue有you十shi萬wan個ge變bian電dian站zhan需xu配pei備bei測ce量liang設she備bei。

　　Q：有哪些相關的測量指標
？

　　Fabian Assion 博士：電(dian)流(liu)當(dang)然(ran)是(shi)最(zui)重(zhong)要(yao)的(de)數(shu)值(zhi)之(zhi)一(yi)
，但(dan)單(dan)純(chun)的(de)電(dian)流(liu)數(shu)值(zhi)本(ben)身(shen)並(bing)不(bu)足(zu)以(yi)全(quan)麵(mian)反(fan)映(ying)電(dian)網(wang)的(de)運(yun)行(xing)狀(zhuang)況(kuang)。在(zai)條(tiao)件(jian)允(yun)許(xu)的(de)情(qing)況(kuang)下(xia)，還(hai)應(ying)詳(xiang)細(xi)記(ji)錄(lu)每(mei)條(tiao)輸(shu)出(chu)饋(kui)電(dian)線(xian)路(lu)上(shang)各(ge)種(zhong)類(lei)型(xing)的(de)功(gong)率(lv)數(shu)據(ju)（無功功率
、視在功率和有功功率），yibiangengjiazhunquedipinggudianwangzhuangtai。zheyidianyouweizhongyao
，yinweizaidangqiandianwangzhong，juedaduoshufuzaishebeidouhuishiyonggongdianzhuangzhi，tamenzaiyunxingguochengzhongbukebimiandihuichanshengbuliangxiebo。huanyanzhi
，duiyujianfudianwangzhiliangbaozhangzhongrendeyunyingshangeryan，xiangjindishoujimeitiaodianyashuchuxianshangdexieboshuju

，shenzhijingquedaomeigexiebodejutishuiping，jihuyichengweiyixiangbukehuoquederenwu，yibianzaibiyaoshicaiquyouzhenduixingdecuoshi。

　　

　　我們需要盡可能相近地記錄可再生能源的測量數據，例如 DeWind 為阿根廷維拉德羅金礦（海拔 4300 米）提供的風力發電機所產生的寶貴數據。

　　Q：倍福基於 PC 和 EtherCAT 的控製技術及其係統集成測量技術具有哪些優勢
？

　　Fabian Assion 博士：采用倍福先進的基於 PC 的控製技術，隻需較小的技術和資金投入即可高效完成測量任務。此外，倍福的測量產品不僅測量精度高

，而且使用方便。它們基於 EtherCAT 及其分布式時鍾功能


，因此測量速度足夠快
，測量精度也足夠高，能夠實時響應電網中的瞬時事件。我們想特別強調的是
，通過實施分布式電力測量方案
，我們實現了成本效益與數據質量並重的目標。

　　

　　借助 EtherCAT 的分布式時鍾功能，僅需部署一個 EL3443 測量端子模塊
，即可與分布在電網中的任意數量的 EL3446 測量端子模塊配合

，打造分布式電力測量解決方案，實現詳盡且高質量的電力測量。

　　Q：分布式電力測量方案背後的原理究竟是什麼？

　　Fabian Assion 博士：EtherCAT 端子模塊 EL3446 是一個純電流測量端子模塊，它能夠測定供電網絡的所有相關電氣數據，包括所有電力測量值（電壓相關數據除外）。係統中部署的 EL3446 端子模塊可以根據需要通過 EtherCAT 接收 EL3443 電力測量端子模塊（每個網絡隻能安裝一次）中計算電力數據所需的電壓值
，並通過 EtherCAT 分(fen)布(bu)式(shi)時(shi)鍾(zhong)功(gong)能(neng)進(jin)行(xing)數(shu)據(ju)同(tong)步(bu)處(chu)理(li)。這(zhe)樣(yang)就(jiu)能(neng)夠(gou)顯(xian)著(zhu)減(jian)少(shao)硬(ying)件(jian)投(tou)入(ru)與(yu)安(an)裝(zhuang)成(cheng)本(ben)，確(que)保(bao)電(dian)網(wang)質(zhi)量(liang)的(de)可(ke)靠(kao)監(jian)控(kong)，同(tong)時(shi)精(jing)準(zhun)測(ce)量(liang)每(mei)條(tiao)輸(shu)出(chu)電(dian)壓(ya)饋(kui)電(dian)線(xian)路(lu)的(de)諧(xie)波(bo)以(yi)及(ji)由(you)此(ci)產(chan)生(sheng)的(de)電(dian)力(li)品(pin)質(zhi)因(yin)數(shu)。

　　

　　倍福的分布式電力測量解決方案極大地降低了綜合能源數據采集的材料成本與安裝費用。

　　Q：基於 PC 的控製解決方案已經在風力發電等領域屢經考驗
，充分展示了其價值。它的主要優勢是什麼
？

　　Fabian Assion 博士：全球有超過 100,000 台風力發電機已經使用我們基於 PC 的控製技術進行自動化改造，單台風力發電機的容量最大可達 16 兆瓦。EtherCAT 再次彰顯了其無可比擬的優勢，它通過實現極為快速且精準的同步控製流程，顯著提升了運行效率與發電性能。EtherCAT dezhuoyuexingnengbujinjuxianyudantaifengji

，erqienenggoushengrengengdaguimodefenglifadianjizudetongxinrenwu，naizhizhenggefengdianchangdelianwangkongzhi。jiuhaishangfengjieryan
，gaoyazhiliushudian（HVDC）也是供電網中最複雜的部分之一。倍福基於 PC 的控製技術也已成功應用於這一領域。這一點在西門子能源解決方案中得到了很好的說明。

　　

　　作為輸電係統和電網穩定領域的傑出製造商，西門子能源今後將更加信賴倍福基於 PC 的控製技術（本案例中為高壓直流輸電係統）。

　　Q：倍福技術不僅在發電領域，而且在區域供電網的能源分配過程中也展現了顯著的優勢。可以挖掘出哪些效率潛力
？

　　Fabian Assion 博士：除了係統集成的測量技術之外，倍福的 I/O 解jie決jue方fang案an也ye為wei用yong戶hu帶dai來lai了le諸zhu多duo裨bi益yi，這zhe些xie解jie決jue方fang案an能neng夠gou輕qing鬆song應ying對dui各ge類lei應ying用yong場chang景jing的de市shi場chang需xu求qiu及ji複fu雜za多duo變bian的de環huan境jing條tiao件jian。這zhe意yi味wei著zhe，無wu論lun是shi電dian力li測ce量liang，還hai是shi遠yuan程cheng控kong製zhi協xie議yi
、開關位置、信號消息以及變壓器和環境溫度等關鍵信息，所有所需的數據都可以在控製係統中進行記錄和整合。瑞士西區能源供應商 Romande Energie 的應用案例充分說明了倍福技術在強化電網安全管理方麵所做出的傑出貢獻。

　　

　　瑞士五大能源供應商之一的 Romande Energie 公司在其變電站中采用了倍福的係統集成式測量解決方案
，采用了 EL3453 電力測量端子模塊以及其他 EtherCAT 端子模塊，以保障其電網的可利用率（本案例中為高壓裝置）。

　　Q：數據測量固然重要，但確保電網係統穩定則是另一項不容忽視的關鍵任務。在頻率控製與電網穩定方麵，基於 PC 的控製技術能提供哪些解決方案
？

　　Fabian Assion 博士：能(neng)源(yuan)供(gong)應(ying)電(dian)網(wang)的(de)頻(pin)率(lv)控(kong)製(zhi)和(he)穩(wen)定(ding)是(shi)一(yi)項(xiang)極(ji)為(wei)複(fu)雜(za)且(qie)精(jing)細(xi)的(de)任(ren)務(wu)。這(zhe)項(xiang)任(ren)務(wu)不(bu)僅(jin)依(yi)賴(lai)於(yu)全(quan)麵(mian)的(de)電(dian)網(wang)數(shu)據(ju)支(zhi)持(chi)，還(hai)要(yao)求(qiu)係(xi)統(tong)具(ju)有(you)極(ji)快(kuai)的(de)響(xiang)應(ying)速(su)度(du) — 從毫秒級乃至微秒級。2015 年，韓國公司 Power 21 使用我們具有超采樣功能的 EL3773 電網監測端子模塊為能源供應商 KEPCO 成功實施了高精度頻率測量解決方案。另一個例子是德國卡爾斯魯厄理工學院（KIT）的電力係統和高壓技術研究所（IEH）正(zheng)在(zai)研(yan)究(jiu)如(ru)何(he)確(que)保(bao)因(yin)向(xiang)可(ke)再(zai)生(sheng)能(neng)源(yuan)過(guo)渡(du)而(er)發(fa)生(sheng)變(bian)化(hua)的(de)輸(shu)電(dian)網(wang)的(de)係(xi)統(tong)穩(wen)定(ding)性(xing)。除(chu)了(le)模(mo)擬(ni)研(yan)究(jiu)之(zhi)外(wai)，發(fa)電(dian)廠(chang)和(he)基(ji)於(yu)逆(ni)變(bian)器(qi)的(de)發(fa)電(dian)係(xi)統(tong)的(de)行(xing)為(wei)正(zheng)在(zai)被(bei)用(yong)作(zuo)專(zhuan)用(yong)測(ce)試(shi)環(huan)境(jing)的(de)孤(gu)島(dao)電(dian)網(wang)中(zhong)進(jin)行(xing)仿(fang)真(zhen)。為(wei)此(ci)，研(yan)究(jiu)人(ren)員(yuan)正(zheng)在(zai)運(yun)行(xing)安(an)裝(zhuang)有(you) TwinCAT 的倍福嵌入式控製器上實施具有創新意義的新型控製方法
，以驗證它們在真實場景中的應用是否可行。

　　

　　使用 TwinCAT HMI 對德國卡爾斯魯厄理工學院（KIT）的電力係統和高壓技術研究所（IEH）的電網仿真進行操作和監控。

　　Q：區域性電力用戶，尤其是那些配備了獨立供電網的大型工業廠房，有哪些節電潛力可以挖掘？

　　Fabian Assion 博士：我(wo)們(men)自(zi)主(zhu)研(yan)發(fa)的(de)能(neng)源(yuan)管(guan)理(li)係(xi)統(tong)具(ju)備(bei)出(chu)色(se)的(de)負(fu)荷(he)跟(gen)蹤(zong)能(neng)力(li)
，並(bing)能(neng)夠(gou)通(tong)過(guo)避(bi)開(kai)用(yong)電(dian)高(gao)峰(feng)時(shi)段(duan)的(de)方(fang)式(shi)實(shi)現(xian)成(cheng)本(ben)的(de)最(zui)小(xiao)化(hua)。在(zai)構(gou)建(jian)企(qi)業(ye)內(nei)部(bu)能(neng)源(yuan)供(gong)給(gei)網(wang)絡(luo)時(shi)，這(zhe)一(yi)係(xi)統(tong)顯(xian)得(de)尤(you)為(wei)重(zhong)要(yao)，無(wu)論(lun)是(shi)大(da)型(xing)工(gong)業(ye)集(ji)團(tuan)
，還(hai)是(shi)中(zhong)小(xiao)型(xing)企(qi)業(ye)，都(dou)需(xu)要(yao)配(pei)備(bei)這(zhe)樣(yang)的(de)能(neng)源(yuan)管(guan)理(li)係(xi)統(tong)。一(yi)旦(dan)企(qi)業(ye)成(cheng)功(gong)安(an)裝(zhuang)了(le)諸(zhu)如(ru)光(guang)伏(fu)發(fa)電(dian)係(xi)統(tong)之(zhi)類(lei)的(de)自(zi)有(you)發(fa)電(dian)設(she)施(shi)

，接(jie)下(xia)來(lai)就(jiu)應(ying)當(dang)將(jiang)能(neng)源(yuan)管(guan)理(li)視(shi)作(zuo)下(xia)一(yi)步(bu)工(gong)作(zuo)的(de)重(zhong)中(zhong)之(zhi)重(zhong)。如(ru)果(guo)企(qi)業(ye)同(tong)時(shi)配(pei)備(bei)了(le)儲(chu)能(neng)係(xi)統(tong)和(he)可(ke)控(kong)負(fu)載(zai)（如雙向充電樁），就能夠精準控製能源流動。

　　Q：在建築和生產的控製以及它們的能源協調管理方麵，基於 PC 的集成式控製技術有何重要性？

　　Fabian Assion 博士：倍(bei)福(fu)的(de)集(ji)成(cheng)式(shi)解(jie)決(jue)方(fang)案(an)顯(xian)著(zhu)簡(jian)化(hua)了(le)能(neng)源(yuan)數(shu)據(ju)的(de)測(ce)量(liang)過(guo)程(cheng)。它(ta)們(men)與(yu)相(xiang)應(ying)的(de)能(neng)源(yuan)管(guan)理(li)係(xi)統(tong)相(xiang)輔(fu)相(xiang)成(cheng)，不(bu)僅(jin)奠(dian)定(ding)了(le)從(cong)能(neng)源(yuan)角(jiao)度(du)審(shen)視(shi)並(bing)優(you)化(hua)流(liu)程(cheng)的(de)基(ji)礎(chu)，還(hai)為(wei)企(qi)業(ye)靈(ling)活(huo)應(ying)對(dui)電(dian)價(jia)波(bo)動(dong)提(ti)供(gong)了(le)有(you)力(li)支(zhi)撐(cheng)。兩(liang)者(zhe)都(dou)為(wei)降(jiang)低(di)能(neng)源(yuan)成(cheng)本(ben)提(ti)供(gong)了(le)巨(ju)大(da)的(de)潛(qian)力(li)。成(cheng)功(gong)案(an)例(li)包(bao)括(kuo)製(zhi)藥(yao)企(qi)業(ye) Engelhard Arzneimittel 采用一站式解決方案實現生產流程和樓宇自動化，以及奧地利機電一體化製造商珀爾曼公司采用基於 PC 的控製技術實現樓宇和生產自動化的集中控製。

　　

　　奧地利天窗機械組件和門鎖外殼供應商鉑爾曼的 Vitis 工廠擁有高效的能源係統和智能高效的生產方式（基於 PC 的自動化控製）
，因此被奧地利弗勞恩霍夫研究院評選為奧地利最佳工廠。

　　Q：隨著可再生能源占比的持續攀升，對分布式儲能能力的擴展需求也日益迫切。基於 PC 的控製為電池儲能係統、沼氣發電廠以及儲氫係統提供了哪些控製選項
？

　　Fabian Assion 博士：我(wo)們(men)的(de)控(kong)製(zhi)和(he)測(ce)量(liang)技(ji)術(shu)的(de)應(ying)用(yong)領(ling)域(yu)與(yu)儲(chu)能(neng)係(xi)統(tong)本(ben)身(shen)一(yi)樣(yang)具(ju)有(you)多(duo)樣(yang)性(xing)。在(zai)動(dong)力(li)電(dian)池(chi)應(ying)用(yong)方(fang)麵(mian)，一(yi)個(ge)極(ji)具(ju)潛(qian)力(li)的(de)實(shi)踐(jian)案(an)例(li)是(shi)將(jiang)電(dian)動(dong)汽(qi)車(che)轉(zhuan)變(bian)為(wei)停(ting)車(che)庫(ku)中(zhong)的(de)儲(chu)能(neng)係(xi)統(tong)。倍(bei)福(fu)通(tong)過(guo) TwinCAT 3 IoT OCPP（開放充電點協議）和 EL6761 EtherCAT 端子模塊，為充電站和電動汽車之間、現有充電樁之間以及充電樁與相應的中央管理係統之間的 ISO 15118 通信提供了完整的解決方案。Reverion 公司的緊湊型集裝箱式沼氣發電機組和吉凱恩氫氣公司的低壓金屬氫化物儲氫係統。

　　

　　得益於基於 PC 的控製技術
，Reverion 沼氣發電機組安裝在一個高度緊湊的集裝箱內
，發電率高達 80%
，並且支持可逆運行。

　　Q：最後，您還有什麼要補充的嗎
？

　　Fabian Assion 博士：當dang前qian，我wo們men都dou麵mian臨lin著zhe諸zhu多duo嚴yan峻jun挑tiao戰zhan
，其qi中zhong一yi項xiang便bian是shi能neng源yuan供gong應ying結jie構gou的de優you化hua調tiao整zheng。倍bei福fu正zheng不bu遺yi餘yu力li地di踐jian行xing著zhe公gong司si所suo有you者zhe兼jian創chuang始shi人ren的de核he心xin理li念nian與yu座zuo右you銘ming：“工程師們必須肩負起拯救世界的重任！”。raner，womenbixutanchengdishuo，jinpingwomenyijizhilishiyuanyuanbugoude。yinci
，wochengzhidixiangwomenxianyoudeyijiweilaijijiangjiarudemeiyiweikehufachuyaoqing，rangwomenxieshoubingjian，qixinxieli，gongtongwanchengzheyizhongyaoshiming！

　　關於德國倍福

　　倍福（Beckhoff）是一家專注於自動化新技術的德資企業，創立於 1980 年nian，總zong部bu位wei於yu德de國guo威wei爾er市shi。作zuo為wei全quan球qiu自zi動dong化hua技ji術shu的de驅qu動dong者zhe
，倍bei福fu定ding義yi了le自zi動dong化hua領ling域yu的de許xu多duo標biao準zhun
，是shi國guo際ji標biao準zhun的de製zhi定ding者zhe和he推tui動dong者zhe。公gong司si所suo生sheng產chan的de工gong業ye PC、現場總線模塊、驅動產品和 TwinCAT 自動化軟件構成了一套完整的、相互兼容的控製係統
，可為各個工控領域提供開放式自動化係統和完整的解決方案。經過 40 年的發展和努力
，倍福已在世界各地設立 30 多家分支機構，加上全球的合作夥伴，業務遍及 70 多個國家和地區。

　　倍福於 1997 年進入中國市場，中國區總部落戶於上海市北高新產業園區
，現有員工 300 人
，辦事處遍及國內 30 座大中城市。創新產品和解決方案廣泛應用於風力發電
、半導體、光伏太陽能、電子製造、金屬加工、包裝機械、印刷機械、塑料加工、輪胎加工

、木材加工
、玻璃機械、物流輸送以及樓宇自動化等眾多領域。

　　公司傾力推廣的 EtherCAT 實時工業以太網於 2014 年成為中國國家推薦性標準

，並已入編工信部的《國家智能製造標準體係建設指南》。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新
，在業內享有“創新引擎”的美譽。倍福基於 PC 的控製技術具有良好的開放性

，它支持所有主流的工業通信協議，將 IT 技術、互聯網和自動化技術完美融合在一起
，為實現工業 4.0 和智能製造奠定了堅實的技術基礎。

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