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(Bild: Schäfer Elektronik)

(Bild: Schäfer Elektronik)

Netzschwankungen schnell abfangen

Visualisierung in „webMI pro“: Der Status der Batterie und auftretende Fehler werden eindeutig dargestellt (Bild: Schäfer Elektronik)

Visualisierung in „webMI pro“: Der Status der Batterie und auftretende Fehler werden eindeutig dargestellt (Bild: Schäfer Elektronik)

Regenerative Energien, wie Windkraft, Photovoltaik und Biogas, werden eine entscheidende Rolle im Mix der Energieversorgung der Zukunft spielen. Lange Zeit stellte jedoch die Speicherung der Energie die Experten vor Herausforderungen. Mittlerweile gibt es einige Unternehmen, die diese gelöst haben und Energiespeichersysteme anbieten. Ein Beispiel ist die Schäfer Elektronik GmbH. Sie hat zusammen mit Bachmann Electronic ein modulares Batteriespeichersystem entwickelt, das den „Low-Voltage-Ride-Through“ in Echtzeit schafft.

Die Schäfer Elektronik GmbH ist Hersteller mit fast 50 Jahren Erfahrung in der Entwicklung und Fertigung von Stromversorgungen für die Industrie. Bis heute hat das Unternehmen mehr als 4 000 Standard-Stromversorgungen im Bereich von 100 W bis 45 kW ausgeliefert und verfügt außerdem über die Möglichkeiten der kundenspezifischen Entwicklungen bis zu 3 MW. Auch Batteriespeicher stellen für das Unternehmen einen expandierenden Zukunftsmarkt dar.
„Zum Beispiel ist für die Elektromobilität eine stabile Netzinfrastruktur erforderlich. Strom kommt zwar aus der Steckdose, jedoch müssen die Voraussetzungen bei der Energieerzeugung und deren Verteilung erfüllt werden. Dazu trägt unser Unternehmen mit seinen Systemen bei“, erklärt Klaus Riekötter, Vertriebsleiter von Schäfer Elektronik. Das neue Batteriespeichersystem des Unternehmens besteht aus mindestens zwei Containern. Der Steuercontainer enthält die Leistungselektronik von Schäfer und das Steuerungssystem von Bachmann Electronic. Der Batteriecontainer beherbergt die Batteriesysteme zur Speicherung der Energie. Durch ein modulares Konzept kann die Schäfer-PCU (Power Conversion Unit) als Grundsystem (1 MW) mit zwei weiteren Containern erweitert werden, sodass eine Gesamtkapazität von 3 MW erreicht wird. Alexander Spengler, Projektleiter bei Schäfer Elektronik, erklärt: „Bekanntermaßen arbeiten Batterien mit Gleichspannung. Zur Speicherung der Energie verwenden wir eine aktive Ladeschaltung mit kompakten Gleichrichtersystemen. Die Energieabgabe wird in umgekehrter Richtung über einen Wechselrichter geregelt.“ Da dieser Speicher zur Kompensation von schnellen Änderungen im Netz bestimmt ist, ist eine permanente Regelung des Energieflusses in beide Richtungen erforderlich. Darüber hinaus kann das System auch zur Bremsenergie-Rückgewinnung im Bahnbereich verwendet werden und regelt die Spitzenlastabdeckung in Industrieanlagen. In jedem Fall muss die abgegebene Leistung netzsynchron eingespeist werden.
Multiflexibel für alle Netzgrößen
Zur Umsetzung der Steuerungsapplikation greift Schäfer auf Technologien aus dem Bachmann-Portfolio zurück. So wird im Steuerungsbereich die robuste Dezentralisierung über den LWL-basierten Fastbus verwendet. Damit werden Statusinformationen und Temperaturen im Batteriecontainer in Echtzeit abgefragt. An die multiflexible Baugruppe AIO216 können pro Kanal unterschiedliche Analogsensoren und Temperaturfühler angeschlossen werden. Das GMP232 (Netzmessungs- und Schutzmodul) stellt die netzrelevanten Informationen zur Verfügung. Damit stehen alle Netzgrößen, wie Spannungs- und Stromwerte, Leistungsdaten und Frequenzinformationen, im Steuerungsprogramm bereit. Neben der Messung wird auch auf Netzschutz geachtet und bei Spannungseinbruch unter Berücksichtigung von Grid-Codes das Netz stabilisiert (LVRT).
Der integrierte Datenrekorder hilft im Fehlerfall, die Ursachen zu analysieren. Alle Funktionen werden in der CPU MC210 in Echtzeit ausgeführt. Dazu kommen die Programmiersysteme von Bachmann zum Einsatz, insbesondere der PLC-Developer, der effiziente Softwareentwicklungen erlaubt. Stefan Breitkopf, der bei Schäfer für die Software zuständig ist, gibt an, nach kurzer Einschulung das System in allen Facetten beherrscht zu haben.
Präzise Interaktion gefordert
Die Zusammenarbeit zwischen Schäfer und Bachmann begann mit der Entwicklung eines 3-MW-Umrichters für die Windindustrie. Dazu hat Schäfer als Engineering-Unternehmen wesentliche Teile des Designs entwickelt. „Hier haben wir erste Erfahrungen mit dem M1-Automatisierungssystem gesammelt“, berichtet Hansjürgen Schäfer Geschäftsführer der Schäfer Elektronik GmbH. In diesem
Projekt kam es auf schnelle Reaktionszeiten an und es bestanden hohe Anforderungen an Kommunikationstechnik und Visualisierung. „Bei der Entwicklung des Batteriespeichers haben wir uns die Kenntnisse zunutze gemacht und von vornherein die Bachmann-Steuerung berücksichtigt“, erinnert er sich. Denn die Leistungselektronik erforderte eine sehr präzise Interaktion zwischen den Netzbedingungen und den angeschlossenen Batteriesystemen. Eine weitere Voraussetzung war eine flexible, anpassbare Kommunikation zum Betreiber.
Im konkreten Fall forderte Schäfers Kunde das DNP3-Protokoll. Bachmann bietet dieses und auch alle gängigen Kommunikationsprotokolle an. Die Protokolle lassen sich mit geringem Aufwand an die Kundenvorgaben anpassen. Einen weiteren Vorteil stellt die webbasierte Visualisierung „webMI pro“ dar, mit der die grafische Bedienung und Parametrierung des Systems erfolgt. „Damit hatten wir alle notwendigen Elemente für diese anspruchsvolle Entwicklung beisammen“, freut sich H. Schäfer.
Das Gesicht der Anlage
Wichtig waren dem Geschäftsführer auch eine intuitive Bedienung der Anlage und die Anzeige von Betriebsdaten. „Eine hochauflösende grafische Visualisierungsoberfläche stellt praktisch das Gesicht der Anlage dar. Einerseits muss die Darstellung den Kunden überzeugen, andererseits eine vollständige Übersicht über den Status der Anlage anzeigen und auftretende Fehler eindeutig darstellen“, sagt A. Spengler.
Zur vollgrafischen Visualisierung verwendet das Unternehmen einen Industrierechner mit 15-Zoll-Display aus der „OT1200er“-Serie. Mit der Visualisierungssoftware „webMI pro“ hat Schäfer eine eingängige Bedienoberfläche umgesetzt. Da „webMI pro“ webbasierend ist, können die Informationen auch auf mobile Endgeräte übertragen werden. Das setzt allerdings entsprechende Zugriffsberechtigungen und Security-Mechanismen voraus, die wiederum in der M1-Steuerung in verschiedenen Gruppen definiert sind.
Fazit
Dank der langjährigen Erfahrung der Partner Schäfer Elektronik und Bachmann konnte eine optimale modulare Energiespeicherlösung entwickelt werden. Sie kommt von der Elektromobilität bis hin zur Bahn- und Energietechnik zum Einsatz.

www.bachmann.info

Autor:
Klaus-Peter Pawlowski ist Senior Key Account Manager bei Bachmann Electronic in Meinerzhagen.