Neue Spieler im Smart Grid

Die erfolgreiche Netzintegration von Windparks stellt vielfältige Herausforderungen an die Betreiber. Foto: FWT energy GmbH

Intelligente Fernwirktechnik überwacht und steuert Windpark in Polen

Die Errichtung von Windenergieanlagen ist nicht nur hierzulande ein dynamisch wachsender Markt, an dem die deutsche FWT-Gruppe erfolgreich agiert. Das Unternehmen, das 2013 aus der Insolvenz des Windenergie- Pioniers Fuhrländer AG hervorgegangen ist, errichtet Windenergieanlagen der Multi-Megawatt- Klasse und komplette Windparks schlüsselfertig. Die mittelständische Unternehmensgruppe mit Sitz in Waigandshain beschäftigt zurzeit rund 100 Mitarbeiter und erwirtschaftet einen Umsatz von knapp 50 Millionen Euro. Seit einigen Jahren konzentriert sich FWT überwiegend auf Entwicklungsmärkte in Zentral- und Osteuropa sowie in Asien, in denen im Vergleich zu Deutschland ein stärkeres Wachstum des Windenergiemarktes erwartet wird.

Auch hier stellt die volatile Einspeisung die Netzbetreiber vor neue Herausforderungen und fordert den Umbau der Netze zu Smart Grids mit intelligenten Mess- und Regelfunktionen. Bei der Anbindung der Windparks an die Leittechnik der Netzbetreiber spielt daher moderne Fernwirktechnik – und damit eng verbunden die Kommunikation zwischen Anlage und Leitstelle – eine Schlüsselrolle. Bei der Fernwirktechnik sind in diesen Märkten Unterschiede zu den in Westeuropa üblichen Fernwirkprotokollen auf Basis der einschlägigen IEC-Normen zu berücksichtigen. FWT setzt bei der Fernwirktechnik für diese Anwendungen auf PFC200-Controller von WAGO.

Eines der ersten großen Projekte für FWT war ein Windpark für die Expo 2017 in Kasachstan, die unter dem Motto „Future Energy“ in Astana stattfinden wird. Zudem hat das Unternehmen bereits Anlagen in Deutschland und Polen errichtet, weitere Windparks in Russland und Weißrussland befinden sich derzeit in Produktion. Eines der aktuellen Projekte ist ein Windpark mit einer geplanten Gesamtleistung von 90 MW in Kranowitz im Süden Polens. Ende 2014 hat FWT dort mit dem Bau und der Inbetriebnahme der ersten drei Windenergieanlagen begonnen. Das gesamte Vorhaben ist als schlüsselfertiges Projekt geplant, bei dem FWT neben den Windenergieanlagen auch die komplette Steuerungstechnik, das Park-Power-Management bis zum Netzübergabepunkt und die Fernwirktechnik liefert. „Für die Fernwirktechnik mussten wir spezielle Anforderungen des polnischen Netzbetreibers erfüllen“, erzählt Christian Oppermann, der bei FWT den Bereich Application Engineering leitet. Die Besonderheit in Polen liegt darin, dass die Fernwirktechnik auf dem DNP3-Protokoll basiert. Dieses ähnelt zwar den in Westeuropa üblichen Fernwirkprotokollen auf Basis der Normenreihe IEC 60870, ist aber mit diesen nicht identisch. Um die Fernwirktechnik zu realisieren, setzt FWT daher den PFC200-Controller von WAGO ein. Für Oppermann hat dieser einen entscheidenden Vorteil: „Die DNP3-Schnittstelle bringt der PFC200 bereits mit. Um die Schnittstellenprogrammierung müssen wir uns dadurch nicht kümmern.“ Dass FWT bei der Suche nach einem passenden Fernwirkcontroller auf den PFC200 gestoßen ist, war kein Zufall. „Wir setzen Controller von WAGO bereits seit mehreren Jahren für die Pitch-Regelung in der Nabe der Windkraftanlagen ein und haben damit stets gute Erfahrungen gemacht.“

Integration in die zentrale Windparksteuerung

Innerhalb des Windparks ist jede Windenergieanlage mit einer eigenen Steuerung ausgestattet. Über ein Glasfasernetz, auf dem verschiedene TCP/IP-Protokolle zur Kommunikation verwendet werden, unter anderem Modbus TCP, sind die einzelnen Anlagen an die zentrale Steuerung des Park-Power-Managements angebunden. In dieses Netz ist auch der Fernwirkcontroller integriert, der so die Daten der einzelnen Anlagen erhält. Der PFC200 sammelt die Daten, bereitet sie auf und gibt sie über die DNP3-Schnittstelle an den Netzbetreiber weiter. Zusätzlich ist über einen Lancom-Router noch eine VPN-Verbindung (IPSec) des Windparks zum Remote Monitoring vorhanden. „Wir können von unserer Zentrale aus über das auf IPsec basierende VPN jederzeit auf den Windpark zugreifen“, erläutert Oppermann. Die Zentrale in Waigandshain ist rund um die Uhr besetzt. Zusätzlich besteht noch eine Ruf- und Servicebereitschaft, die sehr schnell reagieren kann, falls im Windpark ein Fehler auftreten sollte.

Aktuell werden pro Windenergieanlage 13 Datenpunkte wie beispielsweise Spannungen, Frequenz, und Leistung mit dem PFC200 gesammelt und für den Netzbetreiber bereitgestellt. Auch Wirk- und Blindleistungen am Netzübergabepunkt werden mit dem Fernwirkcontroller erfasst. Gleichzeitig stellt die DNP3-Schnittstelle auch einen Eingangskanal zur Verfügung, über den der Netzbetreiber zum Beispiel das Blindleistungsverhalt

Jede Windkraftanlage im polnischen Kranowitz ist mit einer eigenen Steuerung ausgestattet. Foto: FWT energy GmbH

en des Windparks anpassen kann. Auch eine stufenlose Leistungsreduzierung bis hin zur komplette Abschaltung des Windparks ist über diese Schnittstelle möglich. Über zusätzliche I-/O-Module, die sich an den PFC200 anreihen lassen, werden die Leistungsschalter auf Mittelspannungsebene überwacht und können bei Bedarf auch geschaltet werden. Damit kann der Betreiber den Windpark komplett vom Netz trennen. Der Fernwirkcontroller stellt aber nicht nur die DNP3-Schnittstelle zur Verfügung, sondern dient auch als Datenlogger. Sämtliche Daten, sowohl zum Status des Windparks als auch über Zugriffe, die über die DNP3-Schnittstelle von außen erfolgen, werden auf der internen SD-Karte im csv-Format aufgezeichnet. Die Daten stehen dann auf dem internen FTP-Server zur Übertragung bereit. „Wir können auch eine Push-Übertragung der Daten an den Windparkbetreiber realisieren“, sagt Oppermann. Besonders wichtig ist das aufwändige Logging, um die Verfügbarkeit des Windparks nachzuweisen. FWT garantiert in der Regel eine Verfügbarkeit von 97 Prozent. Wird diese unterschritten, muss FWT die Einbußen finanziell kompensieren. „Daher ist es für uns entscheidend“, so Oppermann, „dass wir feststellen können, wenn der Windpark vom Netzbetreiber gestoppt wurde. In diesem Fall muss der Netzbetreiber für die Ausfallentschädigung aufkommen.“

Robuste Hardware für raue Umgebungsbedingungen

Die ersten Fernwirkanbindungen hat FWT mit WAGO-Controllern vom Typ 750-880 realisiert. Seit vergangenem Jahr setzt Oppermann auf den PFC200: „Wir haben die XTR-Variante des PFC200 jetzt als unseren Standard für die Fernwirkcontroller definiert, da wir so trotz der teilweise schwierigen Umgebungsbedingungen immer auf der sicheren Seite sind.“ Die gesamte Steuerungstechnik des Park-Power-Managements inklusive der Fernwirktechnik ist teilweise in einem unbeheizten Gebäude innerhalb des Windparks installiert. Die thermischen Schwankungen können dadurch sehr groß sein. Wenn der Windpark bei Frost einmal mehrere Tage nicht am Netz ist, muss die gesamte Elektrotechnik auch Minustemperaturen standhalten und anschließend wieder starten können. In der XTR-Variante eignet sich der PFC200 für Temperaturen von -40 °C bis +70 °C und widersteht auch einer vorübergehende Betauung der Komponenten.

Hauptgrund für die Verwendung des Fernwirkcontrollers ist laut Oppermann allerdings das offene Programmierkonzept: „Mit CODESYS bietet der PFC200 sowohl die Programmierung in Sprachen gemäß IEC 61131-3 als auch in höheren Programmiersprachen. Da man sich über Schnittstellenprogrammierung gar keine Gedanken mehr machen muss, ermöglicht das System eine einfache und schnelle Umsetzung unserer Anwendung.“

Kontakt: WAGO Kontakttechnik GmbH & Co.KG, Sascha Rentzing, 32423 Minden, Tel. +49 571 887 49620, sascha.rentzing@wago.com

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