Windkraft-Umrichter

Eine Windkraftanlage ist wie eine kleine, automatisierte Fabrik mit einem fortschrittlichen Steuerungssystem. Das Hauptsteuerungssystem muss mit den operativen Systemen in der Turbine kommunizieren, wie z. B. Gier- und Nicksysteme, um die effiziente Umwandlung von Wind- auf Stromkraft zu realisieren. Eines der wichtigsten Teile in der Turbine ist das Stromrichtersystem, das zuverlässig arbeiten muss, um einen reibungslosen Stromfluss zu liefern. Durch die Anybus-Embedded- und Gateway-Lösungen können Windkraftanlagen nahtlos an das Hauptsteuerungssystem angebunden werden.

 

Unsere Windkraftanlagen stehen meist in rauen Umgebungen, wie Hochgebirgen, weit entfernt von der nächsten Stadt. Wir müssen sicherstellen, dass die Systeme reibungslos und zuverlässig laufen, denn sobald es zu einem Ausfall oder einer Abschaltung kommt, führt dies zu enormen Verlusten. Die hohe Leistung und Stabilität der Anybus-Produkte in extremen Umgebungen sowie der hervorragende Support durch das HMS-Team geben uns Sicherheit."

 

So funktioniert Windkraft

Die Windkraftanlage nutzt den Wind, um die Rotorblätter der Windmühle zu drehen und so Windenergie in mechanische Energie umzuwandeln. Die mechanische Energie wird dann von einem Generator in der Gondel* in Strom umgewandelt. Die von der Windkraftanlage erzeugte Spannung beträgt nach dem Umrichter 690 V AC, die durch den Transformator neben dem Turm auf 35 kV erhöht wird. Die kombinierte Leistung mehrerer Windkraftanlagen wird zu einem Sammeldraht zusammengeführt und über die Freileitung zum Umspannwerk geleitet. Das Umspannwerk wandelt die Spannung auf 110 kV oder mehr um und speist sie in das Stromnetz ein.

Die Rolle des Windkraft-Katalysators

Windkraftanlagen werden hauptsächlich zusammen mit Generatoren eingesetzt. Die Hauptfunktion besteht darin, die gleiche Amplitude, Frequenz und Phase der Ausgangsspannung am Stator (nicht beweglich) des Generators wie im Stromnetz zu erreichen. Ziel ist es, VSCF (Variable Speed Constant Frequency) zu erreichen, die beste Effizienz und Qualität der Stromerzeugung zu erzielen und so die Energieeffizienz zu verbessern. Daher muss der Controller im Inneren des Umrichters mit dem Hauptregler kommunizieren und die Daten schnell und sicher an den Hauptregler des Stromaggregats senden, damit dieser den Steuerbefehl rechtzeitig an den Wandler senden kann.

Die Lösung – Anybus Wireless Bolt

Nach dem Vergleich und Testen verschiedener Lösungen entschied sich der Kunde schließlich für das Anybus Wireless Produkt von HMS. Sie installierten an jedem RGV einen Anybus Wireless Bolt zusammen mit der integrierten SPS. Der Anybus Wireless Bolt wird über ein Ethernet-Kabel mit der SPS verbunden und dann über WLAN mit den Access Points verbunden. Die Access Points kommunizieren mit der Hauptsteuerungs-SPS und ermöglichen so die Steuerung der Bühnenbeleuchtung.  

Das Unternehmen nutzt Anybus-Lösungen, um eine nahtlose Kommunikation mit dem SPS-Hauptsteuerungssystem zu erreichen.

Das Problem

"Die meisten unserer Konverter verwenden CAN- oder CANopen-Schnittstellen. Wenn die Hauptsteuerung auch CAN/CANopen zur Kommunikation verwendet, ist das kein Problem, aber viele Hauptsteuerungen sind von Siemens und kommunizieren über PROFIBUS DP oder PROFINET, was ein Problem aufwirft", so der Kunde.

"Wenn wir nacheinander verschiedene Protokolle mit dedizierten Chips oder Protokollstacks entwickeln würden, würde das lange dauern, und wir müssten auch auf Forschungs- und Entwicklungsrisiken, Test- und Zertifizierungsfragen achten, ganz zu schweigen von der Tatsache, dass sich die Menschen an den stabilen Betrieb unserer Produkte im Feld gewöhnen müssen. Wir wollen also wirklich keine Änderungen an der aktuellen Hard- und Software der Konverter vornehmen."

 

Die Lösung

Nach einem umfassenden Vergleich entschied sich der Umrichterhersteller für Anybus von HMS Networks. Das Anybus-Angebot umfasst sowohl Plug-and-Play-Embedded-Produkte als auch eigenständige Gateways und bietet dem Kunden flexible Auswahlmöglichkeiten für eine nahtlose Kommunikation mit dem Hauptsteuerungs-SPS-System.

"Unsere Windturbinen werden meist in rauen Umgebungen wie hohen Bergen weit weg von der nächsten Stadt installiert. Wir müssen sicherstellen, dass die Systeme reibungslos und zuverlässig laufen, denn sobald es zu einem Ausfall oder einer Abschaltung kommt, führt dies zu enormen Verlusten. Die hohe Leistungsfähigkeit und Stabilität der Anybus-Produkte in rauen Umgebungen und der exzellente Service des HMS-Teams geben uns ein sicheres Gefühl. ”

Eine Kombination von Anybus-Produkten zur Lösung des Kommunikationsproblems des Windkraft-Umrichters: Anybus Embedded und Anybus Gateways. 

 

Embedded- und Gateway-Lösungen

Die Windkraftanlagen des Kunden haben Tausende von Anybus Embedded-Modulen und Anybus Communicator-Gateways eingesetzt. Inzwischen hat man sich auch für embedded Anybus-Chips (C40) als zentrale Kommunikationslösung in seinen Antrieben entschieden. Aktuell sind die Produkte bereits auf dem Markt und wachsen mit hoher Geschwindigkeit weiter.

Anybus CompactCom M40 und Anybus Communicator

Das Anybus CompactCom M40 Modul ist eine Plug-and-Play-Netzwerkschnittstelle. Es basiert auf dem preisgekrönten Anybus NP40 Netzwerkprozessor mit Multiprotokollunterstützung. Über UART, SPI oder eine parallele Schnittstelle kann die MCU des Kunden das M40-Modul mithilfe des von HMS bereitgestellten C-Treibers schnell in den Konverter integrieren, und durch den Wechsel verschiedener Module kann der Kunde verschiedene Protokolle unterstützen. Der CompactFlash-Anschluss und die Verschraubung sorgen für einen soliden und einfachen Modulwechsel.

Der Anybus Communicator ist ein eigenständiges Gateway und ein Produkt zur Konvertierung des DINrail-Montageprotokolls. Es ermöglicht Industriegeräten, sich mit PROFIBUS oder PROFINET zu verbinden und mit der Hauptsteuerung zu kommunizieren. Die Konfiguration ist einfach, ohne dass Änderungen an vorhandener Hard- und Software vorgenommen werden müssen.