Applikationsbeispiel: embedded Lösungen

Frequenzumrichter für Windenergieanlagen

Anybus-S im Windpark

Für einen weltweit führenden Windturbinenhersteller entwickelt Loher einen Frequenzumrichter, dessen Interbus-Schnittstelle mit Anybus-S realisiert wird.

Frequenzumrichter setzt den Wind in eine optimale Energiegewinnung um

Damit in einer Windturbine bei jedem Windaufkommen der optimale Energieertrag gewonnen werden kann, muss die Turbinendrehzahl in einem weiten Bereich an die Windgeschwindigkeit angepasst werden können. Dazu werden in modernen Windturbinen Frequenzumrichter für die Ansteuerung der Generatoren eingesetzt.

Im Generator wird die mechanische Windenergie in elektrische Energie umgewandelt. Wird der Generator im energieoptimalen Lastpunkt betrieben, dann sind die elektrischen Größen (Frequenz, Spannung) nicht geeignet, die Energie direkt in das öffentliche Netz einzuspeisen. Der Frequenzumrichter übernimmt die Aufgabe der Umformung der elektrischen Energie aus dem Generator in für die Einspeisung geeignete Größen.

Loher schätzt das Anybus-Konzept

Horst Bachmeier, Entwicklung Systemtechnik: „Wir haben uns 2002 für eine Anybus-Lösung entschieden, weil die Eigenentwicklung der Kommunikationsschnittstelle für uns unwirtschaftlich war. Heute profitieren wir zunehmend davon, dass wir das Spektrum unterstützter Bussysteme mit Anybus-Modulen sehr einfach erweitern können. Da wir für andere Projekte bereits eine Anybus-Schnittstelle in unsere Geräteelektronik implementiert hatten, konnten wir die Kundenanforderung im aktuellen Windparkprojekt nach einer Interbus-Lichtwellenleiter-Schnittstelle schnell erfüllen.“

Im Windpark spricht Anybus Interbus

Die Kommunikation zwischen dem Turbinencontroller und dem Frequenzumrichter wird vom Anybus-S-Modul für Interbus mit Lichtwellenleiter abgewickelt. Um die konkreten zeitlichen Anforderungen an die Kommunikationsgeschwindigkeit des Endkunden von Loher zu erfüllen, musste die Firmware des Anybus-Moduls leicht modifiziert werden.
Der Frequenzumrichter tauscht die Prozessdaten innerhalb der geforderten Zykluszeit mit der Steuerung aus, sodass je nach Windsituation ein optimaler Wirkungsgrad der Windenergieanlage erreicht wird.

Optimaler Wirkungsgrad und Ausfallsicherheit durch modularen Aufbau

In diesem Projekt kommt ein Synchrongenerator zum Einsatz, der mehrere elektrisch getrennte Systeme umfasst. Jedes dieser Systeme wird von einem von Loher dafür speziell entwickelten Frequenzumrichter angesteuert. Das hat mehrere Vorteile: Durch Anpassung an die jeweilige Windsituation des Generators durch die Zu- oder Abschaltung einzelner Teilsysteme wird eine optimale Ausnutzung erreicht. Bei Volllast arbeitet in der Regel das gesamte Generatorsystem, während bei schwacher Windstärke nur die nötige Anzahl an Systemen in Betrieb ist. Das erhöht den Wirkungsgrad und minimiert die Energieverluste. Darüber hinaus fällt durch den modularen Aufbau des Windgenerators bei technischen Störungen nicht der gesamte Windgenerator, sondern nur das betroffene Teilsystem aus, was eine hohe Verfügbarkeit der Windenergieanlage sicherstellt.