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Netzsynchronisier- und Überwachungsmodul für BHKW

Bild 1. GSP274 Netzsynchronisier- und Überwachungsmodul ermöglicht eine sichere, zuverlässige und automatisierte Synchronisierung von Generatoren ans Energieversorgungsnetz

Bild 2. Andreas Nenning, Product Manager Automation Units bei Bachmann Electronic in Feldkirch/Österreich, erläutert die Highl­ights des neuen GSP-Moduls

Seit dem 1. Juli 2012 gilt die VDE-Anwendungsregel VDE-AR-N 4105 für alle Erzeugeranlagen am Niederspan­nungs­netz. Mit ihrer Anwendung sollen dezentrale Strom­erzeu­gungs­anlagen besser ins Netz integriert werden. Bachmann unterstützt in diesem Zusammenhang unter anderem BHKW-Hersteller mit seinem neuen Netzsyn­chronisations- und Überwachungs­modul. Es ermöglicht die sichere und auto­matisierte Synchronisation von Generatoren ans Energiever­sorgungsnetz. Die zweikanalige Messung sowie die in das M1-Automatisierungssystem integrierten Schutzfunktionen werden als Highlights angegeben.

Immer mehr dezentrale Energieerzeugungsanlagen werden an das Niederspannungsnetz angeschaltet. Dabei ist es wichtig, auch zukünftig einen sicheren und zuverlässigen Netz- und Systembetrieb mit hoher Versorgungsqualität sicherzustellen. Dazu legt die VDE-Anwendungsregel VDE-AR-N 4105 grundsätzliche Anforderungen zur erfolgreichen Integra­tion von dezentralen Energie-Erzeugungsanlagen fest. Zum Beispiel durch eine gezielte Blindleistungsbereitstellung sollen sich Erzeugungsanlagen am Niederspannungsnetz künftig an der statischen Spannungshaltung beteiligen. Die VDE-Anwendungsregel beschreibt weiterhin Anforderungen an eine frequenzabhängige Wirkleistungssteuerung, um insbesondere die Systemstabilität im Fall von Überfrequenz zu gewährleisten. In Summe sind dabei spezielle Schutzmaßnahmen, Einstellungen an Schutz- und Überwachungseinrichtungen sowie neue allgemeine Anschlussbedingungen zu erfüllen.

BHKW sicher ans Netz bringen
Mit dem Netzsynchronisier- und Überwachungs­modul GSP274 (Bild 1)unterstützt Bachmann Electronic beispielsweise BHKW-Betreiber bei der Erfüllung der Anforderungen der neuen VDE-Anwendungsregel. Es dient der sicheren und automatisierten Synchronisation von Generatoren an das Energieversorgungsnetz. Darüber hinaus bietet es diverse Überwachungsfunktionen für den Generator- und Netzschutz.
Das Modul ist Bestandteil des M1-Automatisierungssystems. Das heißt, es wird in die M1-Steuerung integriert und bietet dem Anwender sofort alle Funktionen des Systems. Gleichzeitig ist es vollumfänglich in das Engineering Tool „Solution Center“ eingebunden. „Klassische Stand-alone-Geräte bringen oftmals Schwierigkeiten hinsichtlich der Vernetzung und des Einlesens in die Steuerung mit sich. Das GSP274 hingegen wird in den M1-Verbund eingesteckt und hat alle erforderlichen Schutzfunktio­nalitäten integriert. Dadurch kommt der Kunde schneller zur Lösung“, verdeutlicht Andreas Nenning (Bild 2), Product Manager Automation Units bei Bachmann.

Die Funktionsweise
Zur Synchronisation von Generatoren an das Energieversorgungsnetz überprüft das Modul durch eine Messung an drei Punkten die Synchronität von Verteilnetz und Generator. Ist dies gegeben, wird unter Berücksichtigung der Schaltverzögerung über einen Relaisausgang der Verbindungsschalter betätigt und es erfolgt der Anschluss des Generators an das Verteilnetz. Über zusätzliche Digital-Eingänge kann der Status des Leistungsschalters überwacht werden.
Zur hochpräzisen Erfassung von bis zu 16 Messkanälen verfügt das Modul über einen integrierten Datenrekorder. Sollte eine Schutzfunktion ausgelöst werden, zeichnet dieser mit einer Abtastrate von 100 µs automatisch alle Messkanäle für 4 s auf und stellt sie zur weiteren Analyse als Datei im Comtrade-Format zur Verfügung. Alle Effektivwerte werden am Ende einer Messung über das Service-Variablen-Interface übertragen. Dadurch ist eine einfache Analyse aller Messwerte im Solution Center möglich.
Daneben erfolgt eine ständige Protokollierung von Fehlerereignissen, die mit Zeiteintrag (Precision Time Protocol) dauerhaft abgelegt werden. Zur weiteren Auswertung kann der Anwender diese als Datei im CSV-Format exportieren. Durch das PTP ist es auch möglich, auf geografisch voneinander getrennte Messstationen mit einer zentralen Zeitbasis zuzugreifen. Dies ermöglicht sowohl die chronologische als auch die geografische Rückverfolgung von ­Fehlerereignissen.

Zugriffsschutzverwaltung
Die M1-Steuerung verfügt über eine sogenannte Access Control. Die verschiedenen Möglichkeiten des Zugriffsschutzes werden im Solution Center verwaltet, zum Beispiel Passwort-Schutz, die Vergabe von Benutzernamen und Rechten, SSL-Verschlüsselung sowie ein Sicherheitszertifikat zur Authentifizierung. Zudem können die Schreib- und Lesezugriffe protokolliert werden. „Der Maschinenbauer definiert dazu, welche und wie viele Benutzerebenen für die jeweilige Maschine verfügbar sein sollen“, so A. Nenning. „Wird die Maschine dann beim Endkunden in Betrieb genommen, optimiert der OEM zusammen mit dem EVU die Einstellparameter. Die abgenommenen Parameter werden dann dauerhaft auf dem M1-Controller gespeichert und der Zugriffsschutz aktiviert. Jeder Lese- bzw. Schreibzugriff wird protokolliert“, nennt er die Details.

Die Schutzfunktionen
Als Schutzfunktionen werden in der Modul-Hardware und in der Software sowohl die klassischen als auch die seit dem 1. Juli 2012 erforderlichen abgedeckt. Ein Beispiel für letztgenannte Kategorie ist die zweikanalige Messung. „Diese ist in der VDE-Anwendungsregel definiert. Dadurch wird die Einfehlersicherheit am Netzanschlusspunkt realisiert“, erklärt A. Nenning.
Darüber hinaus stehen verschiedene Möglichkeiten zur Grenzwertüberwachung zur Verfügung. Dazu zählt Q(U), ein spannungsabhängiger Blindleistungs-Richtungsschutz. Er wird zur Spannungsunterstützung bei Netzstörungen verwendet, wenn alle drei ermittelten Spannungen unter einem bestimmten Grenzwert liegen und induktive Blindleistung aus dem Stromnetz bezogen wird. Weiter wird eine zeitabhängige Unterspannungsüberwachung ausgelöst, wenn eine der drei ermittelten Spannungen unter eine vom EVU bestimmte Kurve fällt (FRT, Fault Ride Through). Zudem findet eine Überwachung der Änderungsgeschwindigkeit der Frequenz statt (Rocof, Rate of change of frequency). Zur Ermittlung der Frequenzänderung im zeitlichen Verlauf werden die letzten zehn (50 Hz) oder zwölf (60 Hz) Frequenzmuster linear interpoliert. Weitere klassische Überwachungsfunktionen umfassen unter anderem die Spannungs- und Stromsymmetrie, die Leistungsqualität sowie den Überstrom.
Das Netzsynchronisier- und Überwachungsmodul ist CE-zertifiziert, approbiert nach UL/cUL und CCC. Außerdem erfüllt es die Anforderungen der technischen Richtlinien für die Prüfung von Erzeugungsanlagen FGW TR3 und der VDE-Anwendungsregel VDE-AR-N 4105.

Fazit
Mit dem GSP274 unterstützt Bachmann BHKW-Hersteller und -Betreiber bei der Erfüllung der aktuellen gesetzlichen und normativen Regelungen. Kunden profitieren dabei unter anderem von den integrierten Schutzfunktionen und in Summe von einer schnellen Lösung. Als weiteres Highlight gibt das Unternehmen die maximale Nennspannung des Moduls, die bei AC 480 V liegt, an. „Mit dem GSP274 bauen wir das Einsatzgebiet unserer M1-Steuerung im Bereich der Stromerzeugung weiter aus. Gleichzeitig erweitern wir unsere Kompetenz im Bereich der regenerativen Ener­gien“, sagt A. Nenning abschließend.

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Autor: Inge Hübner