智能——人員和財產(chǎn)的保護(hù)傘：Driescher Wegberg的ABSzero系統(tǒng)使用了WAGO的控制器和其他組件。
Ingenieurbüro Pfeffer憑借其開發(fā)出的智能變電站原型，以一種符合相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)且十分可靠的方式將本地電網(wǎng)變電站的主要與輔助技術(shù)有機(jī)結(jié)合在一起。Pfeffer的解決方案目前可滿足未來對智能配電站(iONS)的需求。其解決方案的核心來自于明登的WAGO。
如果由Matthias Pfeffer負(fù)責(zé)管理，那么現(xiàn)有的部分供電系統(tǒng)將很快成為歷史。也就是說，將我們電網(wǎng)中的電力從一個電壓級別轉(zhuǎn)換為另一個電壓級別的部分會被淘汰，而不是在供電系統(tǒng)中采用智能管理。
“我們的電力網(wǎng)絡(luò)非常強(qiáng)大，”Ingenieurbüro Pfeffer（黑森州一家規(guī)劃和設(shè)計局域電網(wǎng)交鑰匙工作站的領(lǐng)先供應(yīng)商）負(fù)責(zé)人解釋稱?！斑z憾的是，”他繼續(xù)說道，“未來可再生能源發(fā)電的比例將會大幅提高，而當(dāng)前的電力網(wǎng)絡(luò)還不足以應(yīng)對這一發(fā)展趨勢?！?br> 根據(jù)聯(lián)邦政府的規(guī)劃，到2025年，德國可再生能源發(fā)電的比例將達(dá)到45%；到2035年，這一比例將達(dá)到60%。然而，即使目前可再生能源發(fā)電所占的比例僅為25%左右，當(dāng)前電網(wǎng)仍不堪重負(fù)。其原因主要是在高峰時段，全國各地成千上萬個獨(dú)立的風(fēng)力發(fā)電廠和光伏電站會將數(shù)百億瓦的電能輸送到電網(wǎng)線路中。
“為管理來源較為分散且不穩(wěn)定的電能，以保持電力供應(yīng)平衡，需要采用智能系統(tǒng)將電網(wǎng)中的發(fā)電機(jī)、電能儲存及用電設(shè)備等所有組件關(guān)聯(lián)起來”，Pfeffer表示。他認(rèn)為首要任務(wù)是要擴(kuò)大智能電網(wǎng)的應(yīng)用范圍，不僅要延伸到高壓輸電網(wǎng)絡(luò)，還要延伸到低壓電網(wǎng)。因為據(jù)Pfeffer稱，小型電力生產(chǎn)商要通過低壓網(wǎng)絡(luò)將電流送入電網(wǎng)，而且用電設(shè)備也位于低壓網(wǎng)絡(luò)中。“本地智能配電站將在能源轉(zhuǎn)型中發(fā)揮重要作用。”
Ingenieurbüro Pfeffer 首席執(zhí)行官 Matthias Pfeffer
需求已徹底發(fā)生變化
這一發(fā)展趨勢也意味著Ingenieurbüro Pfeffer要轉(zhuǎn)變思維模式。1975年，F(xiàn)ritz Pfeffer在羅德馬克創(chuàng)立了這家公司。當(dāng)時，本地變電站均十分簡單且成本低廉。變電站站房、中壓開關(guān)設(shè)備、傳統(tǒng)變壓器和低壓配電箱為主要技術(shù)所需的所有典型組件。而這正是Matthias Pfeffer在學(xué)習(xí)電氣工程前，開始在該公司工作時所掌握的技術(shù)。
1996年，在獲得畢業(yè)文憑幾年后，這名年輕人接管了公司業(yè)務(wù)。Matthias Pfeffer帶領(lǐng)著一支15人左右的團(tuán)隊，設(shè)計并實(shí)現(xiàn)了交鑰匙變電站，改造并擴(kuò)展了現(xiàn)有配電站，還提供各種組件 。與此同時，面臨的技術(shù)挑戰(zhàn)已徹底發(fā)生變化?！拔覀儜?yīng)以一種可靠的方式將傳統(tǒng)的主要技術(shù)與智能的輔助技術(shù)結(jié)合起來，確保符合相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)，從而應(yīng)對未來的電力市場變化。輔助技術(shù)可幫助供應(yīng)商執(zhí)行測量、遠(yuǎn)程控制、控制和穩(wěn)壓等措施。尤為重要的是，必須對大量的變電站狀態(tài)信息進(jìn)行清晰的可視化處理，”Pfeffer列出了種種新的挑戰(zhàn)。
大約三年前，他的團(tuán)隊開始開發(fā)能夠完美應(yīng)對這些挑戰(zhàn)的各種解決方案。其成果之一就是坐落于新近落成的公司總部外的智能配電站原型。與傳統(tǒng)的本地供電網(wǎng)絡(luò)配電站類似，這種智能變電站同樣是將中壓網(wǎng)絡(luò)與低壓網(wǎng)絡(luò)相連。但與技術(shù)含量較低的傳統(tǒng)配電站相比，智能變電站還能夠在一定程度上對電流進(jìn)行自動化管理。
“可以說我們將‘千瓦’和‘千字節(jié)’融合在了一起，”Pfeffer表示。變電站站房本身是由Betonbau GmbH & Co.kG依據(jù)規(guī)范建造的；主要技術(shù)和千瓦電力（中壓和低壓）來自不同供應(yīng)商；低壓配電箱由位于艾斯萊本的Driescher Moosburg制造。
Ingenieurbüro Pfeffer銷售負(fù)責(zé)人Marco Genehr
智能電網(wǎng)實(shí)現(xiàn)途徑：Ingenieurbüro Pfeffer開發(fā)的智能配電站原型借助WAGO的組件實(shí)現(xiàn)測量、控制、調(diào)節(jié)和遠(yuǎn)程控制 。
其中輔助技術(shù)，即千字節(jié)技術(shù)以及其他技術(shù)則來自WAGO?！拔覀兊漠a(chǎn)品可在此應(yīng)用中展現(xiàn)出獨(dú)特優(yōu)勢，”曾參與為智能變電站原型選擇合適組件工作的WAGO技術(shù)銷售顧問Tarak Viol表示?！?例如，它們具有應(yīng)對各種各樣通信標(biāo)準(zhǔn)的能力以及模塊化特性。”
然而，這并不是Matthias Pfeffer之所以決定與來自明登的這一專業(yè)自動化公司合作的唯一原因?！?WAGO在遠(yuǎn)動技術(shù)領(lǐng)域十分專業(yè)，同時也十分擅長傳統(tǒng)測量和控制技術(shù)。此外，該公司以CODESYS為基礎(chǔ)開發(fā)出了基于Web的可視化解決方案。最后一個但同樣重要的原因是，WAGO宣布他們準(zhǔn)備與我們合作開發(fā)一款能源市場真正需要的優(yōu)質(zhì)、可靠解決方案。”
在極端條件下依然十分可靠
在智能配電站原型中，安裝了全新的750 XTR系列組件及其他組件。即使在極端條件下，這些組件依然十分可靠。XTR可確保溫度處于-40°C到+70°C之間時電站能夠正常工作。
這對于Pfeffer而言相當(dāng)重要。他解釋說：“我們不僅要遵從相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范來保護(hù)人員安全并防止財產(chǎn)損失，而且還要遵從與變電站內(nèi)溫度變化相關(guān)的規(guī)定。
夏季，變電站內(nèi)的溫度很容易就會超過50°C。在決定使用WAGO的XTR前，Pfeffer對來自各個制造商的組件的耐熱性進(jìn)行了測試，測試結(jié)果表明，許多其他制造商的產(chǎn)品都不能耐受這種環(huán)境條件。“我們的長期合作伙伴Betonbau GmbH是一家打造符合相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)的變電站站房的領(lǐng)先供應(yīng)商，擁有其自己的熱測試試驗場，可應(yīng)對電力網(wǎng)絡(luò)環(huán)境發(fā)生巨大變化。因此可對iONS（智能配電站原型）進(jìn)行熱循環(huán)并有針對性地對其進(jìn)行優(yōu)化。”
低壓側(cè)的核心是一臺PFC200控制器，可使用CODESYS自由編程。
變電站原型的智能核心由一臺用于中壓側(cè)的XTR控制器和一臺用于低壓側(cè)的PFC200控制器構(gòu)成。這兩臺控制器可以使用CODESYS自由編程，會通過數(shù)字和模擬信號采集變電站中各個系統(tǒng)的所有數(shù)據(jù)，例如使用Modbus RTu。之后，將這些數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)化成供應(yīng)商所需的通信協(xié)議，例如IEC 60870-5-101/-104或IEC 61850。最后再通過數(shù)據(jù)線路將它們傳輸?shù)街醒肟刂葡到y(tǒng)。
另一方面，中央控制系統(tǒng)可以訪問變電站中的系統(tǒng)控制器，如來自各個制造商的中壓開關(guān)設(shè)備、防護(hù)設(shè)備或測量系統(tǒng)等。同時，該數(shù)據(jù)流通過WAGO控制器來防止未經(jīng)授權(quán)的訪問：首先采用TLS1.2對數(shù)據(jù)進(jìn)行加密，其次通過受到特殊保護(hù)的連接（如符合BDEW白皮書的IPsec或OpenVPN）進(jìn)行保護(hù)。
在Pfeffer配電站原型中使用兩個控制器符合邏輯基本原理。“我們希望通過使用兩臺控制器來展現(xiàn)整個系統(tǒng)的模塊化特性，”負(fù)責(zé) Pfeffer技術(shù)與銷售的Marco Genehr與Jürgen Starck解釋說。這是因為，供應(yīng)商可首先安裝帶有一個控制器的智能低壓節(jié)點(diǎn)，之后再添加采用輔助技術(shù)的中壓開關(guān)設(shè)備。但據(jù)Genehr稱，實(shí)際上一套完整的解決方案通常采用一臺控制器就已足夠。
智能變電站原型中的其他組件包括多種短路及接地故障指示燈，這些指示燈通過Modbus串行接口連接到XTR節(jié)點(diǎn)。所有重要的待測變量，包括能耗、電流、電壓、無功功率和相長度等都通過WAGO的三相電力測量模塊（采用傳統(tǒng)電流互感器或羅氏線圈）在放電至低壓側(cè)期間是確定的。此外，還包括溫度及其他傳感器，這些傳感器會連接到WAGO-I/O-SYSTEM的數(shù)字量輸入/輸出模塊和模擬量輸入/輸出模塊。
新建與改造配電站的解決方案
整個聯(lián)邦共和國分布有600,000座左右的本地配電站。并非所有配電站都需要實(shí)現(xiàn)智能化來支持智能電網(wǎng)的擴(kuò)展。對于必須實(shí)現(xiàn)智能化的配備站，可以在特定情況下進(jìn)行改造。
然而，在決定改造還是新建之前，必須仔細(xì)考量變電站的所有組件，包括變電站站房、中壓與低壓配電箱以及變壓器本身等。對于不再符合相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)的現(xiàn)有變電站，必須著重考量人員安全和財產(chǎn)保護(hù)。對于抗壓應(yīng)力無法進(jìn)入的空間，Pfeffer建議采用Driescher Wegberg的Minex ABSzero。
自20世紀(jì)70年代起，Ingenieurbüro Pfeffer就開始設(shè)計、制造和銷售本地交鑰匙供電網(wǎng)絡(luò)配電站：最近，該公司搬入位于法蘭克福附近的羅德馬克新總部。
“防爆系統(tǒng)是該解決方案的一大特色，該系統(tǒng)可將SF6鍋爐或開關(guān)設(shè)備空氣絕緣連接區(qū)域中的電弧轉(zhuǎn)換為電氣短路，”Pfeffer解釋道。
即使在改造項目中，WAGO的組件也可根據(jù)需要將智能控制融入系統(tǒng)中，其中防浪涌控制器750XTR尤為突出，該控制器滿足DIN EN 60870-2-1標(biāo)準(zhǔn)，可采集并轉(zhuǎn)發(fā)所有數(shù)據(jù)并可實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的遠(yuǎn)程控制。然而，變電站并不一定需要進(jìn)行遠(yuǎn)程控制：維護(hù)團(tuán)隊可以使用PERSPECTO?觸控面板直接在變電站內(nèi)操作系統(tǒng)的所有功能，他們甚至可以使用平板電腦或智能手機(jī)進(jìn)行操作。
無論是新建智能變電站還是將傳統(tǒng)變電站升級為智能變電站，均未采用一成不變的設(shè)計方案。“在我們的解決方案中，真正的創(chuàng)新點(diǎn)在于，我們會不斷改進(jìn)系統(tǒng)并對其進(jìn)行調(diào)整，使其滿足相應(yīng)的客戶需求和要求并符合新的監(jiān)管規(guī)范，”Pfeffer表示。具體設(shè)計方案包括在未來更換變電站原型中的設(shè)備：低壓側(cè)將不再使用WAGO PFC200，而是使用WAGO新近發(fā)布的XTR型號的PFC。此外，iONS將能夠連接電動汽車快速充電站。若是這樣考慮，羅德馬克的變電站原型就不僅僅是智能原型，而是能夠真正邁入應(yīng)用領(lǐng)域。
Web可視化——WAGO和 Pfeffer聯(lián)合開發(fā)的正面玻璃式變電站的可視化解決方案。
電網(wǎng)的智能擴(kuò)展及可再生能源與電動汽車的融合對能源供應(yīng)商和能源行業(yè)提出了新的挑戰(zhàn)。這對本地供電網(wǎng)絡(luò)配電站的影響尤為明顯。主要和輔助技術(shù)必須同步發(fā)展才能解決這些難題；因此，必須將這兩個長久以來被視為互不相關(guān)的領(lǐng)域融合在一起。在組件層面，這會對配電站中使用的組件產(chǎn)生影響，而在人員層面，則會對相關(guān)人員產(chǎn)生影響 。
為了打造面向未來的解決方案，需要組建跨學(xué)科團(tuán)隊。因此，設(shè)計與制造交鑰匙變電站的領(lǐng)先企業(yè)Ingenieurbüro Pfeffer與經(jīng)過精挑細(xì)選的合作伙伴共同合作，開展多個試點(diǎn)項目，旨在提升電網(wǎng)的安全性。其中一家合作伙伴為總部位于明登的WAGO Kontakttechnik GmbH & Co.KG。Ingenieurbüro Pfeffer與WAGO公司合作解決了諸多問題，如如何以符合標(biāo)準(zhǔn)的方式融合輔助技術(shù)以及如何有邏輯地使用遠(yuǎn)程技術(shù)等。
在Pfeffer于羅德馬克總部舉辦的多場研討會中，Ingenieurbüro Pfeffer將與其合作伙伴一道，共同探尋這些問題及其他問題的答案。在約350m2的室內(nèi)展廳中，他們將展示能源技術(shù)的當(dāng)前發(fā)展?fàn)顟B(tài)。更多相關(guān)信息，請訪問Ingenieurbüro Pfeffer網(wǎng)站。
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