Netz mit doppeltem Boden

Technik

Steuerung Windkraftanlagen müssen innerhalb weniger Sekunden ihre Einspeiseleistung und Güte regeln können. Betreiber möchten in Echtzeit mit Anlagen kommunizieren. Dies bedarf einer funktionierenden Infrastruktur.

09. April 2010

Die Zahl der Windenergieanlagen (WEA) wächst stetig. Um starke Schwankungen im Netz zu verhindern, sind diese gefordert, die Vorgaben der Versorger schnell umzusetzen, aber gleichzeitig die geforderte Einspeisegüte nachzuweisen. Denn sowohl bei Einzelanlagen als auch im Windpark muss die erzeugte Energie bestimmten Anforderungen genügen, die in den sogenannten ›Grid Codes‹ beschrieben sind.

Diese Anforderungen, die die Länder oder Energieversorgungsunternehmen herausgeben, haben sich in den letzten Jahren aufgrund der wachsenden Zahl einspeisender Windparks deutlich verschärft. Sie leiten eine schnelle Regelbarkeit von WEA und Windparks bezüglich der Einspeisekennwerte ab. Diese bedingt wiederum eine schnelle Kommunikation und Reaktionsfähigkeit.

»Anlagen und Windparks müssen heute innerhalb von Sekunden ihre Einspeiseleistung und -güte regeln können«, sagt Stefan Gallmann, Global Industry Manager Wind Energy & Shipbuilding bei Phoenix Contact Electronics. Für die Betreiber sei bei der Kommunikation das wichtigste Kriterium die Einhaltung der Grid Codes. Denn die Verletzung ziehe unter Umständen eine Reduzierung der Einspeisevergütungen nach sich. Auch wünschten sich die Betreiber den zeitnahen Zugriff auf Zustandswerte der Anlagen und möchten die Anlagen aktiv in das Lastmanagement des Versorgungsnetzes einbinden, sowie eine schnelle Benachrichtigung im Fehlerfall.

Daraus resultieren erhöhte Kommunikationsanforderungen an Windenergieanlagen, weshalb sich die Verwendung einer Ethernet-basierten Infrastruktur für ihre Vernetzung anbietet. »Ethernet kombiniert hohe Übertragungsgeschwindigkeit mit dem flexiblen Einsatz unterschiedlicher Medien«, so Gallmann. »Weiterhin erlaubt Ethernet als international standardisierte und verbreitete Technik den einfachen Mischbetrieb von Geräten unterschiedlicher Hersteller.«

Der für Windenergieanlagen und -parks konzipierte Kommunikationsstandard IEC 61400-25 setzt auf Diensten des TCP/IP-Protokolls auf und kann die Ethernet-Infrastruktur gut nutzen. Vor diesem Hintergrund werden in Windparks durchgehend Ethernet-Netzwerkverbindungen zu den Anlagen gelegt – meist in Form von Glasfaserleitungen. Um die Verfügbarkeit zu erhöhen, sind Netzstrukturen mit redundanten Datenpfaden wichtig.

Die Kommunikations-Struktur der Verbindungen mehrerer Geräte innerhalb des Windparks untereinander, um einen gemeinsamen Datenaustausch sicherzustellen, wird vor allem von den topografischen Gegebenheiten beeinflusst. Um flexibel auf die jeweilige Parkstruktur zu reagieren, werden als Verteiler Ethernet-Switches (intelligente Hubs) benötigt, die redundante, ausfallsichere Netze in beliebigen Topologien bilden können, etwa Ringe oder Bäume.

Einfache Adresszuweisung

Herkömmliche Redundanzmechanismen stoßen bei komplexeren Strukturen schnell an ihre Grenzen, da sich entweder nicht genug Komponenten in das Netz aufnehmen lassen, oder nur Ringe aufgebaut werden können. »Unsere Lean Managed Switches ermöglichen die Bildung großer, mehrfach vermaschter Netze«, so Uwe Nolte, Experte für Netzwerktechnik bei Phoenix Contact.

Die Infrastrukturkomponenten unterstützen den IT-Redundanz-Standard Rapid Spanning Tree Protocol (RSTP) zur Auflösung beliebig vermaschter Netzstrukturen sowie von Ringen. Dieses Netzprotokoll wird etwa benötigt, um redundante Pfade zu aktivieren oder zu deaktivieren. Aufgrund der Funktion ›Large Tree‹ können statt der bisher sieben nun bis zu 28 Switches unterhalb des Root-Switch betrieben werden. Die Funktion ›Fast Ring Detection‹ verhindert eine Unterbrechung der Prozessführung respektive den Kommunikationsabbruch im Redundanzfall (Grafik links oben).

Im Rahmen der Netzwerk-Planung muss außerdem die kommunikationstechnische Integration der Windenergieanlage in das überlagerte Betreibernetz berücksichtigt werden. Werden mehrere WEA mit interner Ethernet-Kommunikation in eine überlagerte Parkvernetzung eingebunden, sind die IP-Addressbereiche aufeinander abzustimmen sowie Security-Aspekte zu beachten.

Damit die einzelnen Windkraftanlagen in ein einheitliches Netzwerk integriert werden können, müssen alle Ethernet-Teilnehmer eine eigene IP-Adresse aus dem gemeinsamen überlagerten Netzwerk haben. Die individuelle Konfiguration jedes Netzwerk-Teilnehmers gestaltet sich jedoch fehlerträchtig und zeitaufwendig. »Die Router unserer Produktlinie Factory Line ermöglichen hier eine wirtschaftliche Lösung«, so Nolte. Mit den Geräten lassen sich die vom jeweiligen System verwendeten IP-Adressen maskieren oder konfliktfrei und selektiv auf die Segmente des Betreiber-Netzes abbilden. Auf diese Weise können auch mehrere Anlagen, die einen identischen Adressraum belegen, in einem übergeordneten Netzwerk betrieben werden. »Die aufwendige individuelle Konfiguration jeder einzelnen Anlage entfällt«, erläutert Nolte. <

Erschienen in Ausgabe: 2-3/2010