Die Windparkvernetzung mit EtherCAT setzt aufgrund ihrer hohen Geschwindigkeit neue Maßstäbe: Im Fall eines LVRT lassen sich die Sollwertvorgaben für alle Windkraftanlagen in weniger als 1 ms im gesamten Parknetz ermitteln und die Regelung von Strom, Spannung und Frequenz anpassen, sodass das Stromnetz optimal gestützt wird. Hierzu kann die bestehende Ethernet-Infrastruktur auf Basis von LWL-Technik ohne Geschwindigkeitseinbußen über Distanzen bis zu 20 km verwendet werden. Sogar die Synchronisation der IGBTs von Umrichtern innerhalb eines Windparks ist mit dieser Technik realisierbar.
Die Windparkvernetzung mit EtherCAT ist nicht nur schneller im Vergleich zu konventionellen Ethernet-Lösungen, sondern bietet durch den Verzicht auf Switche oder Hubs auch Kostenvorteile. Über die integrierte EtherCAT-Leistungsmessklemme EL3783 lassen sich Augenblickswerte von Strom und Spannung hochfrequent mit bis zu 20.000 Samples/s erfassen. Mit den Distributed Clocks von EtherCAT sind die Messwerte aller Windkraftanlagen und die Messung am Einspeisepunkt eines Parks auf ein Zeitfenster kleiner als 1 μs synchronisierbar. TwinCAT unterstützt das standardisierte Kommunikationsprotokoll der IEC 61400-25 für Windenergieanlagen, wodurch die Überwachung und Steuerung heterogener Windparks, inklusive der Anbindung an die Stromversorger, vereinfacht wird.
Beckhoff Technologie-Highlights für Windparks
Durchgängige Steuerungsplattform für Windkraftanlagen
Für einen Windpark-Controller bieten sich die Beckhoff Industrie-PCs der höchsten Leistungsklasse an. Auf einer solchen CPU lässt sich der Windparkregler in Zykluszeiten von 100 µs realisieren. Damit ist es möglich, auf die zukünftigen Anforderungen an regenerative Energien zu reagieren und das Stromnetz − soweit es der Windpark hergibt − zu stützen. MATLAB®/Simulink®-Modelle zur Berechnung von Wake-Effekten lassen sich leicht integrieren. Die Kommunikation zu Stromversorgern und Netzbetreibern erfolgt über genormte Fernwirkprotokolle, wie die IEC 61400-25 und IEC 60870. Natürlich lassen sich auch die Protokolle der Industrie 4.0 integrieren; die Multicore-Technologie macht die Erledigung dieser vielfältigen Aufgaben möglich.
EtherCAT vernetzt den Windpark mit Reaktionszeiten < 1 ms
Die Vernetzung eines Windparks wird üblicherweise mit einem Lichtwellenleiter kabelredundant ausgeführt. EtherCAT nutzt zur Vernetzung dieselbe Physik, bietet aber, im Vergleich zu aufwendigen Switch-Technologien, eine sowohl preislich als auch technologisch deutlich schlankere Lösung. Zur Vernetzung der EtherCAT-Komponenten stehen die Multimode- (bis 1,5 km) sowie die Singlemode-Technologie (bis 20 km) zur Verfügung. Durch die Vielzahl an EtherCAT-Schnittstellenkomponenten (seriell, PROFIBUS, CANopen, PROFINET RT, diverse TCP/IP-Protokolle und mehr) lässt sich diese Vernetzung auch für Windparks mit Windturbinen ohne Beckhoff Steuerung realisieren.
Beckhoff Produkt-Highlights für Windparks
EtherCAT-Infrastrukturkomponenten zur Vernetzung von Windparks
Für die Vernetzung im Windpark werden sowohl Medienwandler als auch Koppler für die LWL-Verkabelung angeboten.
Multimode
Singlemode
Für die Ankopplung von bestehenden Steuerungen kommen folgende Kommunikationsbaugruppen zum Einsatz:
EtherCAT-Klemmen integrieren Netzwerküberwachung und Leistungsmessung in das Steuerungssystem
Zur unabhängigen Leistungsmessung und Netzdiagnose bietet Beckhoff eine sehr leistungsfähige und kostengünstige Lösung an:
- Die EL3453 mit misst galvanisch entkoppelt 3-Phasen-Strom (bis 5 A) und 3-Phasen-Spannung (bis 690 V). Die daraus resultierenden Mittelwerte wie Leistung, Frequenz, cos φ usw., und natürlich Strom und Spannung, werden nach jeder halben Netzperiode (10 ms) an die CPU übertragen.
- Ausgestattet mit den gleichen physikalischen Eigenschaften wie die EL3453, misst die EL3783 Strom und Spannung mit einer Frequenz von 20 kHz. Aus diesen Rohdaten können auf der CPU sämtliche Mittelwerte (z. B. mit Hilfe der TwinCAT-Power-Monitoring-Bibliothek TF3650) berechnet werden. Dabei ist es möglich, eine Netzanalyse bis zur 110ten Harmonischen durchzuführen.
Standardisierte Protokolle vereinfachen die Kommunikation mit Windenergieanlagen
Mit der Zunahme von erneuerbaren Energien weltweit ist es notwendig geworden, dass Stromversorger und Netzbetreiber eine Kontrollmöglichkeit für diese „Kraftwerke“ erhalten. Zu diesem Zweck sind genormte Fernwirkprotokolle entwickelt worden, welche als Bibliotheken im TwinCAT-Automatisierungssystem zur Verfügung stehen.