Aufbau des Transferzentrums DC-Netz
Bild 02: Der Aufbau des Transferzentrums. (Quelle: TH OWL; Grafik: etz)
Das Konzept einer Versuchsanlage für industrielle Gleichspannungsnetze (Bild 2) besteht aus einem Test-DC-Netz (linke Seite), in dem neue Komponenten evaluiert werden können und einem Lastnetz (rechte Seite), dass die notwendige Belastung der zu untersuchenden Antriebe einer Produktionsmaschine realitätsnah ermöglicht. In einem Echtzeit-Modell, umgesetzt in Matlab/Simulink, werden Sollwerte der Drehzahl- und Drehmomentenverläufe berechnet und mittels Feldbus an die jeweiligen Lastantriebswechselrichter übermittelt. Dadurch ergeben sich an der Welle nicht nur reale mechanische Größen, auch die sich im Gleichspannungsnetz einstellenden Ströme entsprechen denen einer realen Anlage. Somit kann zum Beispiel untersucht werden, wie sich eine von AC- auf DC-Netz umgerüstete Produktionsmaschine verhalten würde, ohne diese bauen zu müssen. Auch die Auswirkungen von Speichereinbindungen und Netzstörungen sind realitätsnah untersuchbar.
Die bidirektionale Versorgung für die Lastseite der Versuchsanlage wird über ein Active-Frond-End-Converter (AFE, AFE.3 im Bild 2) mit vorgeschalteter Drossel realisiert. Dieser versorgt und verbindet die Wechselrichter der Lastseite mit einem gemeinsamen Zwischenkreis (Gelb). Kernstück des Aufbaus ist der modulare DC-Bus auf der linken Seite (Rot). Um eine Untersuchungsvariation zu gewährleisten, erfolgt die Versorgung bidirektional durch zwei AFE mit vorgeschalteten Transformatoren und optional über einen unidirektionalen ungesteuerten Brückengleichrichter (B6U). Der DC-Bus selbst ist mit allen seinen Teilnehmern über DC-Abzweige (Q1 ... Q9) verbunden. Aufgeteilt in Lastzonen (Abzweige Q4 ... Q6) werden elektrische Antriebe und deren Wechselrichter in verschiedenen Leistungsklassen betrieben.
Die elektrischen Maschinen der Lastzonen sind über eine Welle mit den elektrischen Maschinen der Lastseite verbunden. Die Energien beim Beschleunigungen und Abbremsen der Antriebe können nicht nur auf dem untersuchten DC-Netz ausgetauscht werden, sondern es ist auch ein Energieaustausch über das AC-Netz möglich, da das AFE.3 bidirektional arbeiten kann. Dies wäre beispielsweise der Fall, wenn sämtliche Antriebe der Lastzonen motorisch arbeiten und die Lastseite die Energie generatorisch abnimmt. Übergeordnet lässt sich somit für das Transferzentrum die eingespeiste Energie durch diesen Kreisbetrieb verringern, und man kann auf dissipative Elemente wie Bremswiderstände verzichten.
Die hohe Anzahl an Antrieben unterschiedlicher Leistungsklassen ermöglicht dabei eine Nachbildung auch von komplexen Anlagen und solchen mit hoher Leistung. In Summe wird das Transferzentrum auf eine Dauerleistung von 66 kW ausgelegt, wobei die Spitzenleistung etwa bei dem doppelten Wert liegen wird.
Um die Vorteile der Gleichstromversorgung zu unterstreichen, lassen sich neben den Lastzonen als Verbraucher auch dezentrale Energieerzeuger wie eine Photovoltaikanlage (G2)
und ein Blockheizkraftwerk (G3) einbinden. In Kombination mit einem Energiespeicher wie einem gesteuerten Schwungmassenspeicher (G1) soll es auch möglich sein, kurzzeitige Versorgungsausfälle oder -einbrüche zu überbrücken. Auch könnten Lastspitzen eingeebnet werden.
Das Transferzentrum erlaubt es Betriebszustände, wie Ströme und Spannungen oder Drehzahlen und Drehmomente, beliebiger Anlagen, zum Beispiel eines Hubwerkes, nachzubilden, ohne diese konkret aufbauen zu müssen. Da der Fokus auf dem DC-Netz liegt, sollen möglichst viele Daten über Energieflüsse und Spannungsverläufe erfasst werden. Als zusätzliche Analyse bieten sich ebenfalls Isolationsüberwachungen oder Netzimpedanzmessungen an.