兩個混流式水輪機通過附帶發電機產生高達1MW的電能輸出。
歷史與現代并存
可再生能源，例如水力發電，在德國能源轉型過程中是重要的一部分。即使是要低成本地運行小型水力發電廠，仍需要高度自動化。奧地利的WEB Windenergie AG目前使用WAGO控制技術對奧登瓦爾德附近的Eberbach水力發電廠進行現代化改造。
人類早已利用水能上千年。灌溉和機械動力只是兩個例子。十九世紀下半葉，人們發現了電動力發電機，水電的使用得到迅速推廣，尤其是用來提供照明和驅動機械。
那時，水力發電廠在德國如雨后春筍般涌現，為附近的商業和住宅區提供電能。其中一個典型的例子就是目前仍挺立在奧登瓦爾德附近的Eberbach。這座水力發電廠建于1922年，總輸出量約1MW，目前已列入歷史保護遺跡范圍。奧地利公司WEB Windenergie于2013年購買設備，為工廠重新帶來了生氣。現在也正在對水力發電廠的整個控制技術系統進行現代化改造。
“現代化”的挑戰
據WEB負責運營水力發電廠的工程師Christian Steininger稱，投入是值得的，且不單單是從歷史保護這層意義上。“水力發電在混合可再生能源中扮演了重要的角色，因為它可以全天不間斷地供電，而不是僅當陽光明媚或刮風的時候才可供電。”
Steininger的評論并非空談，他對這些都有深刻的理解。WEB總部設在在奧地利Pfaffenschlag，旗下運營各種發電設施：風電場、光伏電站和水電站。而且在地理范疇上，也不僅是在奧地利，還覆蓋德國、法國、意 大利、捷克共和國和加拿大。“由于Eberbach水力發電廠連接到一個水庫，我們可以根據需要進行精準發電。尤其是在高峰時期或者其他發電廠無法滿足需求時，這里就會發揮重要作用”，Steininger解釋說。
1922年建造的水電站現已成為受保護的歷史遺跡。
水庫位于水輪機機房3km之外。水流會經一個開放式渠道流入所謂的調壓室，這里起到壓力緩沖的作用。從調壓室出來，水流從壓力管線流入30m之下的水輪機機房。在那里，水流驅動兩臺混流式水輪機，每臺輸出達500kW。另一條通道將水運至1.5km遠的下一高度，那里安裝了另一臺100kW輸出的混流式水輪機。混流式水輪機的發電機提供的電壓為5kV，升壓至20kV后供應給當地網絡運營商的中壓電網。發電廠的控制技術最近一次更新是在1967年。“是的，這座發電廠沒有采用最新的技術”，WEB維修和遠動監測工程師Alexander Bauer稱。他已參與Eberbach水電廠現代化和控制技術轉換工作近兩年時間。他解釋說，“因為需要控制的點都分散在水電廠的整個區域，這種革新是巨大的。”水電廠覆蓋的區域更廣，而且這個區域內有大量不同的位置都需要加入控制技術。例如在水庫需使用水位傳感器，用于測量當前的水量。如果水位升得過高，電機會打開閥門，從水庫放出定量的水。
“最大的挑戰是在運行中實現革新”
調壓室也安裝了類似的系統。“那里還有一個自動化的過濾設備”，Bauer說。它可確保樹枝或樹葉不會進入壓力管線。水位傳感器、位置發送器和電力驅動裝置的信息也必須能夠傳送到控制器并由控制器控制。
模擬舊控制系統的信號
為了對控制技術進行現代化改造，WEB選用了WAGO-I/O-SYSTEM 750及WAGO的以太網控制器。“最初，我們的核心問題在于哪些工作應該由系統完成”，Bauer在談到控制解決方法的選擇過程時回憶說。
“使用CODESYS對WAGO控制器進行編程十分便捷輕松。”
在不間斷運轉的情況下逐漸取代1967年的過時控制技術。
WAGO-I/O-SYSTEM 750的控制器和總線模塊取代了過時的控制技術。
Christian Steininger負責這座水電站的運行。
WEB當時選擇了750-880控制器，它不但具有滿足控制任務需求的充足計算能力，同時還可靈活配備WAGO I/O-System的功能模塊，執行相應的任務。Bauer描述了決定性的優勢，“對于每個信號，從早期傳感器的20mA信號一直到三相電力測量模塊，I/O-System內都有適合的總線模塊。”即使是復雜設備也能輕松無誤地集成。這樣可帶來諸多優勢，例如，控制專員可輕松地將控制器連接到一個外部GSM模塊，并讓此模塊通過短信和電子郵件的方式向外發送報警。
“最大的挑戰在于邊運行邊進行改造”，Bauer稱。由于功能需要逐步由新的控制器來執行，WAGO控制器需要在轉換期間持續為舊控制器提供輸入信號。因此，雖然傳感器的信號已連接到新控制器上，但新控制器I/O-System中的模擬量和數字量輸出模塊仍需要模擬這些信號。通過這種方式，就可以一點一點進行轉換，避免完全中斷水力發電廠的運行。
在現代化改造工作完成后，模擬舊信號的輸出模塊就被拆除，因為它們已完成使命。同時在現代化改造完成后，水輪機機房內也將添加現代的觸摸面板，補充可視化功能。但大部分舊有配電盤將得到保留，甚至顯示裝置也將由WAGO控制器控制。
水輪機控制需要更高的計算能力
目前，水電廠幾乎所有部分都已轉為使用WAGO控制器的新控制技術。只有混流式水輪機的控制裝置還沒有轉換。通過調節水輪機中的控制儀器，轉速和輸出可以得到調節。在啟動過程中，控制器首先必須妥善調整轉速，保證發電機的運行能與網絡同步。在同步后，控制器只需調整輸出。
“水輪機的調整相對來說困難一些”，Bauer解釋說。與其他控制任務相比，它需要更強的計算能力和更高的速度。“為此，我們會使用像PFC200這樣的WAGO控制器。”據Bauer表示，這款控制器配有實時Linux，可提供足夠的處理能力。“并且WAGO控制器的編程使用CODESYS，十分方便。”
從奧地利進行操作和查看
在控制技術完成現代化改造后，整個電廠的運行僅需一人即可。他或她將負責維護、維修和小規模的中斷補救。水力發電廠的實際控制將遠程進行。“只有這樣，才能夠在奧地利的中心控制發電廠的啟動與關閉”，Steininger解釋說。水電廠內總共有十個控制器，它們彼此之間通過Modbus TCP通信。但要借助IPsec與“虛擬專用網絡”(VPN)來與奧地利的控制中心連接。
據Alexander Bauer表示，將可視化集成到WAGO控制器會帶來極大的便利，“由于這些都是在控制器的Web服務器上運行，所以我們可輕松通過VPN在控制中心訪問。”而且，還能輕而易舉地解決操作數據的記錄和傳送問題。“我們每分鐘都記錄測量數據并保存到CSV文件中，然后可借助VPN進行FTP傳送。”目前記錄范圍包括20多個不同的測量值，隨著控制技術不斷擴展，還會加入更多。
現代控制技術確保經濟可行性
夏季，與水庫相連的電廠每天會根據降雨量在最佳供電時間范圍（3至18小時）內供電 。冬季則恰好相反，有充足的水量流經水庫，可支持24小時發電。“只有在所有功能都普遍自動化后，我們才能夠實現小型水電站的經濟運營”，Steininger解釋說。來自WAGO的控制技術將確保這里的運營高效進行。
Alexander Bauer負責控制技術的現代化改造以及具體實施。
