Volllast-Teststand sorgt für reibungslose Inbetriebnahme von Offshore-Windenergieanlagen

Parkleitsystem und -simulation für Offshore-Windpark

In dem Volllast-Teststand, der mit PC-basierter Automatisierungstechnik von Beckhoff ausgestattet ist, unterzieht Areva jede M5000-Offshore-Windenergieanlage umfangreichen Prüfungen Bild: Areva Wind
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Die Areva Wind ist auf den Bau von Offshore-Windenergieanlagen spezialisiert. Die 5-MW-Anlagen von Areva Wind haben sich im ersten deutschen Offshore-Windpark „Alpha Ventus“ bewährt und sind komplett mit Beckhoff-Steuerungstechnik ausgerüstet. Auch der Volllast-Teststand, in dem Areva seine Windenergieanlagen umfangreichen Tests unterzieht, ist durchgängig mit PC- und EtherCAT-basierter Beckhoff-Steuerungstechnik ausgestattet.

Die Betreiber des ersten deutschen Offshore-Windparks „Alpha Ventus“ blicken auf ein erfolgreiches Jahr 2011 zurück. Die erzeugte Strommenge von 267 GWh lag um 15 % über dem prognostizierten Jahreswert. Diese hohe Ausbeute ist auf die konstant guten Windverhältnisse und die hohe Anlagenverfügbarkeit von bis zu 97 % zurückzuführen. Sechs der 5-MW-Offshore-Anlagen, die dort im Einsatz sind, wurden von der Areva Wind GmbH in Bremerhaven gebaut. Aktuell produziert das Unternehmen 80 Offshore-Windenergieanlagen M5000 für das Projekt „Global Tech I“, den ersten kommerziellen Windpark in der deutschen Nordsee, der Ende 2013 voll betriebsbereit sein soll. Um ein Höchstmaß an Leistung und Verfügbarkeit bieten zu können, unterzieht das Unternehmen seine Windenergieanlagen sorgfältigen Qualitätstests. In einem Volllast-Teststand, der mit PC-basierter Automatisierungstechnik von Beckhoff ausgestattet ist, wird jede Anlage umfangreichen Prüfungen unterzogen.

Insgesamt 48 Stunden nehmen die Tests von Triebstrang und Gondel unter Teil- und Volllastbedingungen sowie die elektrische Prüfung von Generator und Umrichter in Anspruch. Das Testprogramm umfasst mehrere hundert Punkte, von der Kontrolle der Verkabelung, über Tests der verschiedenen Betriebszustände, bis hin zu einem zwölfstündigen Erwärmungslauf unter Volllastbedingungen. Unter anderem wird das Getriebe mit Hilfe eines Endoskops untersucht, um Abnutzungen zu erkennen. Es wird sogar ein Spannungseinbruch simuliert, um die Einhaltung der aktuellen Netzanforderungen zu gewährleisten.
Zur effektiven Verwaltung und Einspeiseregelung der 80 M5000– Anlagen wird ein Parkleit- und Netzführungssystem verwendet. Damit dieses bereits im Vorfeld ausreichend getestet und optimiert werden kann, wurde in Zusammenarbeit mit dem Fraunhofer-Institut für Windenergie und Energiesystemtechnik (IWES), in Kassel, auf Basis der Beckhoff-Automatisierungssoftware TwinCAT 3 eine Echtzeit-Simulator entwickelt. Mit Hilfe dieses Simulators, der für beliebige Windparks einsetzbar ist, können die Netzanschlussbedingungen verschiedener Standorte simuliert und hinsichtlich der Netzanschlussvorgaben geprüft werden. Die in der Simulation erzielten Erkenntnisse werden zukünftig auch in die Planung neuer Windparks einfließen und langfristig die Profitabilität sowohl der Parks als auch der einzelnen Windenergieanlagen sichern. Der Simulator basiert auf elf Beckhoff Industrie-PC: Zehn werden zur Simulation des Windparks verwendet; ein weiterer PC stellt das entwickelte Parkleitsystem dar.
Auf insgesamt acht PC werden jeweils bis zu zwanzig Windenergieanlagen abgebildet. Jede dieser Anlagen besteht aus drei Simulink- Modellen, welche über das TwinCAT-Matlab/Simulink-Target integriert werden. Die Modelle für Mechanik, Generator und Umrichter werden mit dem Betriebsführungs-/Steuerungsmodul gekoppelt. Diese 80 TcCOM-Module werden auf die vier Kerne der CPU aufgeteilt, so dass eine gleichmäßige Auslastung entsteht. Ein weiterer Industrie-PC rechnet die Simulation des Netzes, also alle Spannungen und Ströme in der Parkverkabelung, sowie die gesamte Fernwirktechnik, welche die Verbindung zum Parkbetreiber emuliert. Der zehnte PC berechnet die Windverhältnisse und -verteilung über den Park und umfasst einen Simulation-Manager. In ihm werden Abläufe hinterlegt, um spezielle Situationen nachzustellen oder wiederholen zu können.
Nils Johannsen, Beckhoff Automation in Verl
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