Netzmessungs- und Netzüberwachungsmodul für das M1-Automatisierungssystem

Bachmann: Fluktuierende Energien beherrschen

Das neue »Grid Measurement and Protection Module« GMP 232 von Bachmann liefert zusammen mit anderen Anlagenparametern Entscheidungskriterien, um die Anforderungen an einzelne Energieerzeugunsanlagen während eines Netzfehlers zu beherrschen und einen stabilen Betrieb des Verteilnetzes zu ermöglichen.

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Das Netzmessungs- und Netzüberwachungsmodul GMP 232

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Das Netzmessungs- und Netzüberwachungsmodul GMP 232

Je mehr fluktuierende Erneuerbare Energien ins Netz eingespeist werden, um so wichtiger wird es, das Betriebsverhalten der Erzeuger – meist kleine Kraftwerke – so zu überwachen und zu steuern, dass sie die Übertragungsnetze nicht negativ beeinflussen. Deshalb hat Bachmann das M1-Automatisierungssystem das neue »Grid Measurement and Protection-Modul« GMP 232 erweitert. Damit lassen sich mess-, regelungs- und steuerungstechnische Abläufe bis hin zu Auswertungen und  Netzüberwachungen durchführen.

Das Netzmessungs- und Netzüberwachugsmodul erfasst und analysiert direkt an der Sammelschiene des Kleinkraftwerks Spannung, Strom, Frequenz, Leistung und Oberwellengehalt. Diese Daten können dann weiterverarbeitet werden, etwa für die Visualisierung oder für die Trendaufzeichnung. Das GPM 232 kann dabei direkt auf dem Bus der Haupt-CPU stecken oder über Fastbus abgesetzt sein. Die Messwerte für den Strom erfasst das Modul über 1-A- und 5-A-Stromwandler, die Spannungseingänge können direkt an Nennspannungen bis 690 kVA angeschlossen werden. Die Abtastfrequenz liegt bei 20 kHz, die Auflösung beträgt also 50 ms oder 0,1 Prozent Full Scale. Ein DSP im Modul wertet die Eingangssignale aus und gibt sie vorverarbeitet ans System weiter. Die Daten – mit Ausnahme der Oberwellen-Werte – stellt der DSP synchron zur Netzfrequenz zur Verfügung. In einem 50-Hz-System gibt das Modul also alle 20 ms neu berechnete Parameter aus, Oberwellenwerte liefert es alle 200 ms.

Neben der Messwerterfassung kann das Modul auch Netzüberwachung durchführen. Dazu lassen sich zwei integrierte Relais mit einer Schaltleistung von 2 A durch ODER-verknüpfte Überwachungsfunktionen schalten. Diese Funktionen sind auch dann aktiv, wenn die CPU nicht im Run-Mode ist, das Modul arbeitet also autonom.

Folgende Überwachungsfunktionen kann das Modul durchführen:

Fault Ride Through: Diese Unterspannungsüberwachungsfunktion soll verhindern, dass der Generator bei Netzfehlern vorzeitig getrennt wird. Bricht die Spannung auf der Netzseite ein, dann muss der Generator entsprechend eine vordefinierten Spannungs-Zeit-Kennlinie weiter Energie ins Netz einspeisen können. Erst wenn die Kennlinie überschritten wird, kann der Generator vom Netz genommen werden.
Die Spannungs- und Frequenzüberwachung zeigt an, ob Grenzwerte über- oder unterschritten werden und liefert damit wichtige Informationen, um die Netzstabilität aufrecht halten zu können.
 
Die Asymetrie-Überwachung erkennt Schieflasten oder einphasige Netzausfälle. Das schützt den Generator vor Schäden durch Asymetrien und Ausgleichsspannungen im Drei-Phasen-Netz.

Ändert sich die Frequenz schneller als spezifiziert, löst das System einen Alarm aus.

Die Vektor-Sprung-Überwachung ermöglicht es, den Generator schnell an die geänderten Bedingungen anzupassen. Ein Vektor-Sprung tritt auf, wenn eine Energieerzeugungsanlage eine plötzliche Laständerung erfährt, etwa, weil ein Generator plötzlich in den Inselbetrieb geschaltet wird.

Das Software-Oszilloskop im Device Manager des Bachmann SolutionCenter macht den zeitlichen Verlauf der Vorgänge sichtbar. In bis zu 15 Messkanälen können alle vom DSP des GMP-Moduls erfassten Datenpunkte, mit Ausnahme der Oberwellen-Werte, ausgelesen und einer erweiterten Fehleranalyse zugeführt werden. Jeder dieser Kanäle kann Messwerte mit einer maximalen Abtastrate von 100 µs für 4 s aufzeichnen. Zusätzlich speichert das GMP-Modul, unabhängig von der Haupt-CPU, in einem Logbuch bis zu 1.000 Einträge permanent.

Die Zeit auf dem GMP-Modul wird laufend mit der Echtzeituhr auf der Haupt-CPU synchronisiert. Ist sie über Precision Time Protocol (PTP) mit einem Zeit-Server synchronisiert, ist eine lückenlose, mikrosekundengenaue Zuordnung der Überwachungsereignisse garantiert.

Prototypen der neuen Module stehen ab sofort zur Verfügung, die Serienfertigung will Bachmann im zweiten Quartal 2011 aufnehmen.

Bachmann auf der Hannover Messe: Halle 27, Stand E20

Weiterführende Links:

• Als Komponente für CMS-Systeme in Windkraftanlagen geeignet: Bachmann: Medienkonverter und Gigabit-Ethernet-Switch in einem
• Unwucht- und Bauwerksüberwachung werden neuerdings vom Condition-Monitoring-System übernommen: Steuerung und Condition-Monitoring-System verschmelzen