Referenz Woodward SEG: Windenergieanlagen
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Referenz Woodward SEG: Windenergieanlagen
www.moeller.net Windenergieanlagen Effizient schalten und schützen Elektrischen Strom aus Wind zu gewinnen, ist heutzutage bei knappen fossilen Ressourcen notwendiger denn je. Die Firma Woodward SEG aus Kempen am Nieder rhein stellt seit mehr als zehn Jahren eine feste Größe im Markt der Frequenzumrichter für Windenergieanlagen (WEA) dar. Die in dieser Zeit gesammelten Erfahrungen in der Schaltanlagen- und Regelungstechnik fließen kontinuierlich in neue Produkte und Technologien ein. Moderne Frequenzumrichter für Windenergieanlagen müssen härtesten Anforderungen entsprechen, was beispielsweise die Schalthäufigkeiten in unterschiedlichsten Netzen rund um den Globus anbelangt. Daher wurde für die neue Concycle-Wind-Frequenzumrichter-Generation eine optimierte Schaltkombination entwickelt, die auch auf Produkten von Moeller basiert. Erfahrungen und Neues einbringen Während der Entwicklung moderner Fre quenzumrichter gilt es, diverse – meist sogar konträre Ziele – in Einklang zu bringen. Die Erfahrungen im Windgeschäft zeigen, dass zumeist kostengünstigste Bauelemente mit hoher Qualität für eine Lebensdauer von 20 Jah ren zum Einsatz kommen müssen. Zudem soll die Produktion, gleichwie der Service von Fre quenzumrichtern möglichst modular, effizient und aufwandsarm sein. Denn eine Windener gieanlage ist an unterschiedlichsten Standorten verschiedensten Einflüssen, wie extremer Kälte und Hitze, Feuchtigkeit, Staub oder Sand, Flau ten und Stürmen ausgesetzt. Dementsprechend muss das technische Know-how in der Auswahl und Anordnung der Bauteile stecken und diese für widrigste Bedingungen ausgelegt sein. Bei der neuen Frequenzumrichter-Generation von Woodward SEG sollen möglichst viele Anforderungen erfüllt werden: Perfekte Kombination für den Teillastbereich: Der Kompaktleistungsschalter NZMH4, 800A schützt den Generator zuverlässig vor Überlastung im Kurzschlussfall. Das Leistungsschütz DILM-580 mit Vakuumschalttechnik übernimmt das betriebsmäßige Zu- und Abschalten der Windenergieanlage. Die Kombination lässt sich ohne Derating bei Umgebungstemperaturen von bis zu 50°C einsetzen. •Ein modularer Schaltanlagenbau soll bei hohem Standardisierungsgrad trotzdem auf Kundenwünsche reagieren können. So wer den bewährte Baugruppen in standardisierten Produktionsprozessen gefertigt und geprüft. •Klimatischen Anforderungen wird durch typgeprüfte Schrankeinheiten mit optionalen Einheiten zum Heizen und Kühlen entspro chen – simuliert in umfangreichen Prüfreihen, unter anderem in Klimacontainern. •Weltweit wandeln sich die Anforderungen der Netzbetreiber hin zu aktiver und intel ligenter Unterstützung ihrer elektrischen Netze durch Windenergieanlagen. Die dazu notwendigen Simulationen und Software funktionen werden erarbeitet und im haus eigenen Prüfstand getestet. So lassen sich zeitnah neueste Standards umsetzen. •Entwicklungen werden mit neuesten Metho den des „Product Lifecycle Managements“ (PLM) gesteuert. •Unterschiedliche Einsatzorte der Windener gieanlagen bedeuten auch unterschiedlichste Windprofile und damit variierende elektrische und mechanische Belastungen. So schaltet ein Frequenzumrichter bis zu 2000 Mal pro Jahr ans Netz. www.moeller.net Funktionsprinzip Das Unternehmen Woodward SEG GmbH & Co. KG, mit Sitz in Kempen am Nieder rhein, lieferte Ende 1996 seinen ersten Fre quenzumrichter, damals noch unter dem SEG-Logo, für eine Windenergieanlage aus. Als SEG blickt die Firma auf knapp 40 Jahre in der Schaltanlagen- und Schutz technik zurück. Aus kleineren Null-Serien wurde zügig eine Umrichter-Serienproduktion für den deut schen und seit dem Jahr 2000 auch den US-amerikanischen Markt entwickelt. Die „Sättigung“ des deutschen Windmarkts ab 2002/ 2003 führte Frequenzumrichter aus Kempen weltweit in aufstrebende Windmärkte: In Ländern wie Frankreich, Spanien, Großbritannien, aber auch Japan, China und Australien wandeln sie – auf Land und Meer – zusammen mit dem Generator die Windkraft in elektrischen Strom um. Installiert worden sind bislang insgesamt mehr als 5000 Umrichter für Systemleistungen zwischen 600kW bis 5MW und künftig auch größerer Leistung. (www.woodward-seg.com) Bis 2000A effektiv schalten mit Moeller Leistungsschütze DILH. Die Vakuumschalttechnik verhindert offene Lichtbögen und führt gegen über Luftschütze zu einer deutlich höheren elektrischen Lebensdauer. Die Reihe wird zukünftig um die Leistungsklasse 2500 A erweitert. Bei einem Concycle-Wind-Frequenzumrichter besteht der Generator der Windenergieanlage beispielsweise aus einer doppelt gespeisten Schleifringläufer-Asynchronmaschine. Um die Systemleistung in Abhängigkeit von der Rotordrehzahl regeln zu können, wird in den Läuferkreis der Asynchronmaschine der Fre quenzumrichter geschaltet. IGBT’s (insulatedgate bipolar transistor) erzeugen aus einem Gleichspannungszwischenkreis eine Spannung variabler Frequenz und Amplitude. Dabei wird die Frequenz im Läuferkreis entsprechend der windabhängigen Drehzahl der WEA eingestellt. Der Ständer der Asynchronmaschine ist über einen Leistungsschalter und Transformator mit dem Mittelspannungsnetz verbunden. Anders ans Netz gehen Windenergieanlagen halten sich in ihrem Drehzahlbereich häufiger in niedrigeren als dem Nennbereich auf. Dies führt dazu, dass Leistungsschalter häufig ein- und ausgeschaltet werden müssen. Hinzu kommen die Schutzan forderungen, die der Anschluss an ein Industrie netz mit Kurzschlussströmen bis 50kA mit sich bringt. Eine Reduzierung der Schaltspielzahlen verringert die Wartungskosten wie auch die Stillstandszeiten. Sollen Betriebsströme heutiger WEAs zwischen 2000…3000A geführt und im Störungsfall geschaltet werden, stellen zum Bei spiel Reihenschaltungen aus Leistungsschaltern und Schützen eine technisch gute, aber teure Variante dar. Derartige Systeme werden heute jedoch vorrangig aus kostentechnischer Sicht betrachtet. So sollte nicht zuletzt auch eine kos tenoptimierte Schaltung zum Einsatz kommen. Ein Bypass zum Hauptschalter, bestehend aus Kompaktleistungsschalter und VakuumLeistungsschütz, übernimmt die Zuschaltung ans Netz im Teillastbereich. Es geht aber auch anders. Ein „kleinerer“ Bypass, bestehend aus Leistungsschalter NZM (-Q2) und Leistungsschütz (K2) zum „Haupt schalter -Q1“, übernimmt im Teillastbereich die Zuschaltung ans Netz. Selbst hohe Kurzzeit ströme bei transienten Netzvorgängen werden durch die Kombination von softwareseitiger Stromüberwachung und Vakuum-Röhrentech nik des DILM-Leistungsschütz beherrscht. Den Kurzschlussschutz des Bypasskreises sichert ein NZMH4-Leistungsschalter ab. Bisherige Felderfahrungen mit dieser Schaltung zeigen, dass sich mit einem Bypass die Schalt spiele des Hauptschalters reduzieren lassen. Durch ein erfahrenes Team, bestehend aus Fachleuten von Woodward SEG und Moeller, wurden der Einsatz, die Dimensionierung und die Funktion der Schaltung überprüft und das Risiko in Form einer Fehlerart- und Effektivitäts analyse (kurz FMEA) bewertet. Die Resultate der Analyse überzeugten in jeder Hinsicht. FAZIT „Unsere Kunden vertrauen auf unsere technischen Lösungen. Wir optimieren unsere Frequenzumrichter ständig und senken so auch die Life-Cycle-Kosten der WEAs. Damit verstehen wir uns bei Woodward-SEG als technischer Partner unserer Kunden“, so Teamleiter Eric Hartmann, zum Einsatz von Moeller Komponenten. „Wir sind sehr zufrieden mit dem technischen Support von Moeller. Nur durch kontinuierliche Zusammen arbeit ist ein Systemverständnis für die Windenergietechnik zu erreichen. Aus meiner Sicht liegt eine unserer Stärken in der Suche nach gemeinsamen, fundierten technischen Lösungen.“ Quicklink ID: 4 015081 1 7 5 8 1 9 MS1801 Moeller GmbH • Hein-Moeller-Str. 7–11 • 53115 Bonn Fax: +49 (0)228 602-2275 • E-Mail: [email protected] © 08/08 by Moeller GmbH • Änderungen vorbehalten • AR2110+1230-6284D, Artikel Nr.:119451 DAS UNTERNEHMEN