Batteriespeicher haben einen expandierenden Zukunftsmarkt, so die Ansicht von Klaus Riekötter, Vertriebsleiter bei Schäfer Elektronik. Für die Elektromobilität sei zum Beispiel eine stabile Netzinfrastruktur erforderlich. „Strom kommt zwar aus der Steckdose, die Voraussetzungen bei der Energieerzeugung und deren Verteilung müssen jedoch erfüllt werden“, weiß Riekötter. Dazu trage Schäfer mit seinen Systemen bei.
Das neue Batteriespeichersystem des Unternehmens besteht aus mindestens zwei Containern. Das Steuersystem für den Steuercontainer liefert das Unternehmen Bachmann, die Leistungselektronik stammt von Schäfer selbst. Der Batteriecontainer beherbergt Batteriesysteme zur Speicherung der Energie. Mit einem modularen Konzept kann die Schäfer-PCU (Power Conversion Unit) als Grundsystem (mit einer Leistung von einem Megawatt) mit zwei weiteren Containern erweitert werden, sodass eine Gesamtkapazität von drei Megawatt erreicht wird.
Bekanntermaßen arbeiten Batterien mit Gleichspannung. „Zur Speicherung der Energie verwenden wir eine aktive Ladeschaltung mit kompakten Gleichrichtersystemen“, sagt Alexander Spengler, Projektleiter bei Schäfer Elektronik, „die Energieabgabe wird in umgekehrter Richtung über einen Wechselrichter geregelt.“ Da dieser Speicher Änderungen im Netz kompensiert, ist eine permanente Regelung des Energieflusses in beide Richtungen erforderlich. Darüber hinaus kann das System auch zur Bremsenergierückgewinnung im Bahnbereich verwendet werden und regelt die Spitzenlastabdeckung in Industrieanlagen. In jedem Fall muss die abgegebene Leistung netzsynchron eingespeist werden.
Multiflexibel für alle Netzgrößen
Zur Umsetzung der Steuerungsapplikation greift die Firma Schäfer auf die neuesten Technologien des Bachmann-Portfolios zurück. So wird im Steuerungsbereich die bewährte und robuste Dezentralisierung über den LWL-basierten Fastbus verwendet. Statusinformationen und Temperaturen im Batteriecontainer werden damit in Echtzeit abgefragt. An die multiflexible Baugruppe AIO216 können pro Kanal unterschiedliche Analogsensoren und Temperaturfühler angeschlossen werden. Das Netzmessungs- und Schutzmodul GMP232 von Bachmann stellt alle netzrelevanten Informationen zur Verfügung. So stehen alle Netzgrößen wie Spannungs- und Stromwerte, Leistungsdaten und Frequenzinformationen im Steuerungsprogramm bereit.
Neben der Messung wird auch auf Netzschutz geachtet und bei Spannungseinbruch unter Berücksichtigung von Grid-Codes das Netz stabilisiert (LVRT). Ein integrierter Datenrekorder hilft im Fehlerfall, die Ursachen zu analysieren. Alle Funktionen werden in der CPU MC210 in Echtzeit ausgeführt. Dazu werden die Programmiersysteme von Bachmann verwendet, insbesondere der PLC-Developer, der als neues Werkzeug Softwareentwicklungen erlaubt.
Präzise Interaktion gefordert
Die Zusammenarbeit zwischen Schäfer und Bachmann begann mit der Entwicklung eines Umrichters für die Windindustrie mit einer Leistung von drei Megawatt. Dazu hat Schäfer als Engineering-Unternehmen wesentliche Teile des Designs entwickelt. „Hier haben wir erste Erfahrungen mit dem M1-Automatisierungssystem von Bachmann gesammelt“, erinnert sich Hansjürgen Schäfer, Geschäftsführer der Schäfer Elektronik. In dem Projekt kam es auf schnelle Reaktionszeiten an, es bestanden hohe Anforderungen an Kommunikationstechnik sowie Visualisierung. Die Leistungselektronik erforderte eine präzise Interaktion zwischen den Netzbedingungen und den angeschlossenen Batteriesystemen. Eine weitere Voraussetzung war eine flexible, anpassbare Kommunikation zum Betreiber. Konkret wurde von dem Schäfer-Kunden das DNP3-Protokoll gefordert. Bachmann bietet dieses neben weiteren gängigen Kommunikationsprotokollen in seinem Steuerungssystem standardmäßig an. Die Protokolle können mit geringem Aufwand an die Vorgaben des Anwenders angepasst werden.
Das Gesicht der Anlage
Wichtig sind eine intuitive Bedienung der Anlage und die Anzeige von Betriebsdaten. „Eine hochauflösende, grafische Visualisierungsoberfläche stellt praktisch das Gesicht der Anlage dar“, sagt Alexander Spengler. Einerseits müsse die Darstellung den Anwender überzeugen, andererseits eine vollständige Übersicht über den Status der Anlage anzeigen und auftretende Fehler eindeutig darstellen. Zur vollgrafischen Visualisierung verwendet Schäfer einen Industrierechner mit 15-Zoll-Display aus der OT1200er- Serie. Mit der Visualisierungssoftware webMI pro hat Schäfer eine eingängige Bedienoberfläche umgesetzt. Da webMI pro webbasiert ist, können die Informationen auch auf mobile Endgeräte übertragen werden. Das setzt allerdings entsprechende Zugriffsberechtigungen und Security-Mechanismen voraus, die wiederum in der M1-Steuerung in verschiedenen Gruppen definiert sind.
