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Widerstände schützen Windkraftturbinen

Widerstände schützen Windkraftturbinen

Auch Windkraftturbinen und -anlagen verwenden moderne Frequenzumrichter, die als spannungszwischenkreisgesteuerte Voltage-Source-Inverter die Umwandlung der Frequenz der eingehenden Wechselspannung f1 zur ausgehenden Wechselspannung f2 über den Spannungszwischenkreis (DC-Link) realisieren. Dabei sind die unterschiedlichen Anwendungsvarianten vielfältig. Um zu verhindern, dass die DC-Zwischenkreisspannung zu hoch wird, verfügt jeder Umrichter über eine Spannungsbegrenzung (Voltage Limiting Unit – VLU). Wird diese VLU-Einheit in einem Störfall aktiviert, schließt ein elektronischer Leistungsschalter die Verbindung zu einem am Zwischenkreis angeschlossenen Bremswiderstand. Dieser entzieht dem System Energie und reduziert dadurch die Zwischenkreisspannung auf einen zulässigen Wert, bevor er wieder abgeschaltet wird. Besonders im generatorischen Betrieb können solche Störfälle markant auftreten, wenn z.B. bei Netzeinbrüchen die Einspeisung in den Netzanschluss die erzeugte Energie nicht mehr unmittelbar aufnehmen kann. Hier machen die einschlägigen Netzanschlusskriterien (Grid Codes) klare Vorgaben bezüglich des Umrichterverhaltens. Speziell bei Windturbinen wird auch stets auf eine gute Entkopplung der mechanischen Generatorseite und der Netzseite geachtet, um den Stress auf mechanische und elektrische Komponenten zu minimieren. Bei einem Netzeinbruch möchte man daher das Drehmoment an der Windturbine erst einmal unverändert lassen. Somit fließt dann unverändert Energie in den DC-Zwischenkreis, die nicht oder nicht mehr vollständig ins Netz abgegeben werden kann. Zwangsläufig steigt die Zwischenkreisspannung wieder an und der Bremswiderstand muss die überschüssige Energie durch Umwandlung in Wärmeenergie verarbeiten. Als Daumenregel zur Dimensionierung der Bremswiderstände kann man die benötigte Energiespeicherfähigkeit berechnen, indem man die Turbinennennleistung für 3 s bis 6 s annimmt. Bei einer 5-MW-Windturbine wären das zwischen 15 MWs und 30 MWs, die der Bremswiderstand kurzzeitig aufnehmen müsste.

An dieser Stelle kommen silizierte Gusseisenwiderstände oder mehrere Millimeter dicke Stahlgitterelemente der Gino AG ins Spiel. Diese Widerstandsbauformen können über das hohe aktive Widerstandsgewicht solche hohen Energieleistungen platzsparend zwischenspeichern und dann wieder an die Umgebung abgeben. Gino entwickelt dazu kundenspezifische Sondergehäuse.

 

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