德國風力發電機組制造商 DeWind 憑借其具有革命性的創新設計再度成為新聞焦點。新型 DeWind D8.2 主要針對的是美國市場。Beckhoff 是自動化控制系統開發的主要合作伙伴。
2007 年 1 月 7 日是 DeWind D8.2 風力機在德國 Cuxhaven 試運行的日子，DeWind 為此好好慶祝了一番。這不僅表明這家來自呂貝克的風力機生產商在該行業的積極回歸，同時也展示出他們對其旗艦型風力機實現了完全的革新。
從外觀上看，DeWind D8 并沒有什么改變，只有機艙頂部的窗戶比過去看的更清楚了。除此之外，還保留了精巧的保時捷設計：與所有大型風力機相似，系統也是變槳控制的。輪轂高度（80 和 100 米）及風輪直徑（80 米）與以前的型號相同。額定功率為 2 MW，功率仍保持不變。
然而，內部的一切幾乎都經過改變。原因是，DeWind 在將公司賣給一家英美投資商之后，重新定位了其風力機的客戶方向，即主要針對美國市場。因此，必須考慮到美國能源供應系統的特殊性。首先，美國電網頻率為 60 Hz，而歐洲則為 50 Hz。此外，美國供應商通用電氣擁有風力機磁場定向轉換器系統的專利權，這給他們進入美國市場制造了障礙。
另辟蹊徑
DeWind 決定采用全新的設計，打破其自身的傳統技術。DeWind 自 1995年創立時起就開始使用變速系統。在該系統中，通過一個雙饋感應發電機和變流器確保穩定電壓和高質量電流。風輪側風速的強烈變化必須在電網側轉換為恒定頻率。這種設計使得 DeWind 建造的系統能夠經濟地在風速相對較低的陸上區域使用。這種類型的系統在歐洲備受青睞。
DeWind D8.2，安裝在阿根廷安第斯山脈的海拔 4300 米處（超過14,100 英尺）
這項成熟的技術已在風電領域應用數十年，特別是對操作可靠性、精確動態控制和低操作與維護耗費要求較高的應用場合。
若要進軍美國市場，公司就必須找到一種新的解決方案。這些努力使得 Dewind 的系統設計開創了風電領域的先河。新設計的核心部分是一個變速液壓齒輪箱。原先針對歐洲市場的 DeWind D8 使用的三級直齒行星齒輪減速機由兩級齒輪減速機取代。第三級由一個 Voith Turbo 高動態機電一體化驅動系統WinDrive? 裝置取代。
借助 WinDrive?，DeWind D8.2 將風輪的變速轉換為恒定速度，用于與電網直接相連的同步發電機。因而，在雙饋感應發電機中處理該任務的變流器將不再需要。這表示，精密的電子元器件由一個低磨損的傳動系統取代，無需任何功率電子設備。這樣，DeWind 所展現的技術與通用電氣專利技術有很大不同，從而能夠在美國市場自由銷售其系統，無需額外費用。同時，DeWind 能夠完全 － 比競爭對手更有效地 － 滿足電網連接的當前的最新規定。在德國，2007 年風力發電機組為國家電網饋入了約 400 億度電，相當于德國總需求的 7％ 還要多。成功的同時，也要面對新的挑戰：風力機必須整合到電網管理規劃中，這在出現故障、電壓跌落或短路等狀況時特別關鍵。帶同步發電機的系統比帶其他發電機的系統更適合用于該環境。超過 95％ 的電力是由同步發電機產生的，這就是為什么專門為其固有故障特性設計了傳輸和保護系統。盡管有了精心打造的解決方案，但仍然很難讓變流器系統達到同步電機的電源諧波質量。
EtherCAT 和 TwinSAFE 為風力機控制帶來新的技術亮點
若要重新設計風力機系統，還需要重新設計自動化控制系統。DeWind與 Beckhoff 通力合作，為 D8 研發了一種控制系統。該系統基于 Beckhoff工業 PC 和 TwinCAT 自動化軟件。應用軟件由 DeWind 自行開發?？刂葡到y分析約 350 個 I/O。實時系統要求在 10 ms 或 1 ms 的固定周期時間范圍內實現電網饋電或監控。DeWind D8 已經使用閃存驅動用于海量存儲，特別是在考慮到惡劣的操作環境時。Beckhoff 開放式控制系統可以通過所有商用 PC 接口進行連接。
EtherCAT 被選擇作為通訊系統：DeWind D8.2 配備了兩個獨立的高速EtherCAT 通訊線路，用于系統和風電場聯網。通訊通過光纖實現。系 統安全性和可靠性通過冗余配置得到保障。風能應用場合中通常使用 硬連線的安全鏈，則通過Beckhoff 的安全解決方案 TwinSAFE 一起集成 在自動化系統中。Beckhoff 通過先進的擴展和匹配選項使得安全系統 更具靈活性，在出現緊急情況時不會降低系統可靠性。
推動 DeWind 快速發展
DeWind 和 WinDrive? 驅動系統的供應商 Voith Turbo 之間的啟動會議于 2005 年 10 月舉行。僅 12 個月后，也即 2006 年 10 月，在德國的 Cuxhaven 建造了一個樣機，并于 2007 年 1 月投入試運行。DeWind對此非常滿意：從決定使用 Voith 的 WinDrive? 解決方案到系統試運 行，僅僅花了一年的時間。如果沒有一個能力超凡、勇于開拓、大膽 創新的團隊，這些都不可能實現。與此同時，DeWind 建造了這種類型的兩個附加系統，其中一個安裝在阿根廷安第斯山脈海拔 4300 米處。第三個系統（60 Hz 型）于 2008 年 3 月在德克薩斯州斯威特沃特（Sweetwater）建造。
第三個系統由 DeWind 的戰略合作伙伴 Teco Westinghouse 在德克薩斯州的 Round Rock 合作建造。TecoWestinghouse 目前正在興建一條新的生產線，預計每周 5 套系統的生產量。公司預期 2008 年在美國建造和安裝80 套系統。
EtherCAT 除了具有高性能和低系統成本的優勢外，它所具備的靈活性拓撲結構特點也讓它成為同行業產品里的佼佼者。若采用標準以太網電纜（100BASE-TX），兩個站點之間的最大距離可達 100 m（328 英尺）。通過新型的光纖模塊可以大大擴展聯網距離，最遠可達 2 km（1.24 英里）（100BASE-FX）
WinDrive，一種 Voith Turbo高動態機電一體化傳動系統，取代了 IGBT 變流器。這樣，DeWind 所展現的技術與通用電氣專利技術有很大不同，從而能夠在美國市場自由銷售其系統，無需額外費用，同時還能夠完全滿足電網連接的當前和最新規定 DeWind D8.2：一個成熟的解決方案，采用實時檢測環境為了在如此短的時間內完成 D8.2 項目，DeWind 決定走出 一條新的發展之路。風力機和傳動系統的物理元器件在 最先進的計算機平臺上進行模擬、檢測和適配。這樣， 在風力機并電網之前，風力機已在模擬環境下運行了數百個小時，掌控所有可能的運行情況。作為此次開發過 程的一部分，WinDrive? 配備了一個獨立的 Beckhoff 控制 系統，在整個試驗階段，直接從仿真中下裝程序到該控 制系統。在檢測階段結束后，WinDrive? 控制系統被集成 到風力機控制系統中。
在Beckhoff的支持下，開發團隊還設計了一個實時檢測環 境，用于模擬風力機的受力狀態和風力機真實的響應： D8.x 實時檢測環境（RTSim）。RTSim 的兩側由Beckhoff 組件構成，正如真實的風力機一樣，與風力機控制端子模塊相連。有了 RTSim 后，在安裝和調試之前，即可實現動態系統特性的模擬仿真。選擇在任何一點“解剖”模型的選項，以便檢測硬件回路中的各個元器件和設備，這是一個巨大優點。仿真不僅取代了實際的試驗操作，它還能夠在開始新的研發過程之前，將現有的風力機運行經驗考慮進去，從而能夠檢測系統特性，優化設計。如此，實驗性生產就會變的比以前更加可靠了。