Neues Umrichterkonzept spart nicht nur Bauraum

System mit besonderen
Eigenschaften

PerfectPitch ist ein elektrisches Pitchsystem für Windenergieanlagen (WEA), das eine Antwort auf den anhaltenden Kostendruck in der Windenergie geben kann, insbesondere was die Erstausrüstung von Anlagen betrifft. Die Neuheit von SSB Wind Systems verfügt in diesem Zusammenhang über einige Besonderheiten, wobei der sogenannte PerfectPitch Drive (PPD) – der Umrichter des Systems – eine zentrale Rolle spielt.

Das im Juli 2016 beschlossenen EEG 2017 sieht vor, die Vergütungshöhe für die Produktion von Strom aus erneuerbaren Energiequellen durch Ausschreibungen am Markt zu ermitteln. Angesichts der jüngsten Gesetzeslage gerät die Windenergie weiter unter Kostendruck. Ein vorrangiges Ziel der Branche ist es daher, bei der Entwicklung, Fertigung und dem Betrieb von WEA nachhaltig Kosten einzusparen. SSB Wind Systems hat als ein führender OEM auf diese und weitere Anforderungen mit PerfectPitch reagiert, einem völlig neuartigen elektrischen Pitchsystem, das auf einem interessanten Systemkonzept basiert.

Weniger ist mehr

So ist es den Ingenieuren von SSB Wind Systems gelungen, eine ganze Reihe an Funktionen eines Pitchsystems in den Umrichter zu integrieren, die bislang u. a. in Form von verschiedensten Modulen dezentral und diskret im Achsschrank eines Rotorblattes angeordnet waren. Der neue Umrichter (PPD) ist somit in der Lage, zusätzlich Aufgaben von Komponenten zu übernehmen, für deren Installation nicht nur ein gewisser Bauraum im Achsschrank, sondern auch ein weiterer Hauptschrank eingeplant werden mussten.

Umrichter als Multitasking-Modul

Dem Ziel einer intelligenten, platzsparenden Systemkonfiguration gingen jahrelange Forschungsarbeiten voraus. Und die Ergebnisse können sich sehen lassen, denn der PPD integriert bisher vielfältige Funktionen, darunter Zwischenkreisladung, Ansteuerung/Überwachung der Motorbremse, Netzteil, Ladegerät für Backup-Speicher, Netzspannungswächter, Backup-Spannungswächter, Überwachung der Motortemperatur, Temperatursteuerung des Schaltschrankes und die direkte 24V Schütz-Ansteuerung.

Flexibler und zuverlässiger

Neben der Reduzierung von Systemkosten bietet das neue Umrichterkonzept einige weitere entscheidenden Argumente für den Einsatz in WEA. Aufgrund der Integration bislang dezentraler Funktionen in den PPD ließ sich der Bauraum in den Achsschränken um nahezu die Hälfte verringern. Dies führt nicht nur zu Platzeinsparungen im Schaltschrank selbst, sondern auch in der Rotornabe einer WEA, da jetzt für die Installation eines Pitchsystems weniger Schränke notwendig sind. Als modulares System lässt sich PerfectPitch zudem wesentlich flexibler an Kundenanforderungen anpassen. Ein nicht zu unterschätzendes Argument für PerfectPitch ist ferner die Steigerung der Systemzuverlässigkeit, u.a. aufgrund eines geringeren Verdrahtungsaufwandes und der Reduzierung der Anzahl an Bauteilen respektive Modulen im Achsschrank bei mindestens gleicher Funktionalität, wodurch sich auch der Anteil an externen manuellen Fertigungs- sowie Prüftätigkeiten verringern lässt. Vor diesem Hintergrund erhöht sich der Anteil an vollautomatischen Tests im Zuge der Fertigung, in deren Verlauf u.a. alle im Umrichter nun integrierten zusätzlichen Funktionen abgefragt werden können. Mehr noch: Das neue Systemkonzept ermöglicht ein erweitertes Condition Monitoring und somit eine verbesserte Diagnose sowie eine höhere Servicefreundlichkeit.

Höhere Sicherheit durch Redundanz

Ein zentraler Anspruch während der Entwicklung von PerfectPitch bestand außerdem darin, ein Pitchsystem bereitzustellen, das mindestens durch die gleiche hohe Sicherheit überzeugt, wie die bisherigen Systeme von SSB Wind Systems. Bislang verfügte jeder Achsschrank zur Ansteuerung der Leistungsendstufe über einen Microcontroller. In PerfectPitch hingegen sind nun je Achsschrank zwei Microcontroller zu finden, wobei Hard- und Software völlig unabhängig voneinander entwickelt wurden. Auch die Programmierung der Software für die Prozessoren der Controller erfolgte daher voneinander getrennt, wobei der zweite Prozessor eine reine EFC-Funktionalität bietet. Sollte es demnach einmal zu einem Ausfall eines Microcontrollers in einem Achsschrank kommen, wird der Notbetrieb des Pitchsystems aufgrund der beschriebenen redundanten Auslegung von Hard- und Software weiterhin aufrecht erhalten.

Mehr Leistung für aktuelle Anforderungen

Nach ausgiebigen und durchweg positiven Feldtests in Kooperation mit namhaften Anlagenherstellern ist nun die Serienfertigung für den PPD, genauer den PPD 40, angelaufen. Dieser Umrichter für Onshore-Anlagen im Leistungsbereich von 3 bis 4MW und Rotordurchmessern bis 140 Metern liefert einen dauerhaften Nennstrom von 40A. Um an einer WEA bei Problemen zuverlässig Notfahrten durchführen zu können, stellt der PPD 40 einen bis zu dreifachen Spitzenstrom von 120A bereit. Zusätzlich zu den besonderen Eigenschaften des Gerätes wurde somit auch die Umrichterleistung im Vergleich zu den Vorgängern des Antriebsreglers auf die aktuellen Anforderungen in der Windenergie angepasst. Die ersten Pitchsysteme mit dem neuen Umrichter sind derzeit in unterschiedlichsten Anlagentypen weltweit im Einsatz, sowohl in AC- als auch DC-Anwendungen.

Auf dem Weg zum Offshore-Einsatz

Ergänzt wird der PPD 40 durch den PPD 65, einen Umrichter, der zunächst für den Offshore-Bereich entwickelt wurde. Diese jüngste Umrichterversion von SSB Wind Systems bietet ebenfalls einen einsatzspezifisch erweiterten Strombereich und liefert daher einen dauerhaften Nennstrom von 65A und einen Spitzenstrom von 200A. Der PPD 65, produziert im Sommer 2016, wurde bereits für den Einsatz in einem Offshore-Windpark in Deutschland ausgeliefert. Das neue Pitchsystem integriert spezielle Motoren eigens für den Einsatz auf See. Sie verfügen gemäß DIN EN ISO12944-2 über einen sehr hohen Schutz gegen korrosive Belastungen sowie atmosphärische Korrosion und entsprechen demzufolge der sehr hohen Korrosivitätskategorie C5-M für den Einsatz im Offshorebereich mit hoher Salzbelastung.