Step 7 Dieselaggregate Synchronisation

C

csharp

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Moin moin Experten,
es geht um einen Inselbetrieb einer Photovol.-Anlage kombiniert mit einer Notstromaggregate für ein Dorf in Afrika.
Als Energiespeicher dient ein Batterie-Backup System (Gleich & Wechselrichter sind enthalten)
Das Thema Automatisierung (Visualisierung & SPS programmierung) ist für micht nicht das Problem.
Im idealen Fall (Sommer) liefert die PV-Anlage Strom genug (100%).
Im Winter ist es allerdings manchmal problematisch. Ggf muss man die Notstromaggregate einbeziehen. Hier liegt mein Problem.

1-Wie werden beide Spannungsquellen synchronisiert?
-Spannung, Frequenz und Phasenverschiebung(Strom-Spannung) müssen im Tollerenzbereich liegen danach beide Spannungsschienen zusammenschalten???
-Reicht die SPS aus zum Synchronisieren oder braucht man extra ein sog. Vektorsprungrelais?

2- Laut meinem Chef muss nach der Synchronisation die Spannung des Generators angehoben werden, durch Erhöhung der RPM??? COS Phi muss auch im Tollerenzbereich bleiben

3-Z.B. Vormittags sind es 70% Strom aus der PV und 30% Strom aus dem Generator . Nachmittags liefert die PV 60% .Ggf muss der Generator 40% liefern. Man muss also die Leistung vom Generator erhöhen (Drehzahl erhöhen). In der Übergangsphase (Spannung,Frequenz,Phasenverschiebung passen nicht mehr ) muss man wieder synchronisieren oder mache ich einen Denkfehler?

Ich bin dankbar für jeden Hinweis. :D

Herzliche Grüße

Csharp
 
csharp schrieb:
1-Wie werden beide Spannungsquellen synchronisiert?
-Spannung, Frequenz und Phasenverschiebung(Strom-Spannung) müssen im Tollerenzbereich liegen danach beide Spannungsschienen zusammenschalten???
-Reicht die SPS aus zum Synchronisieren oder braucht man extra ein sog. Vektorsprungrelais?
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Ich komme nicht vom Fach. Aber andere Sichtweise. Wieso nicht den Generator gleichrichten und damit die Akkus laden? Einfacher und der Generator arbeitet immer im optimalen Wirkungsbereich.

mfG René
 
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vollmi schrieb:
Ich komme nicht vom Fach. Aber andere Sichtweise. Wieso nicht den Generator gleichrichten und damit die Akkus laden? Einfacher und der Generator arbeitet immer im optimalen Wirkungsbereich.

mfG René
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So einfach ist es nicht.
Es sind keine Akkus sondern Batterien mit einem Power Management System..Das System soll mit der SPS Anhand einer Modbus-Schnittstelle kommunizieren (Es ist aber ein anders Thema)...
Das mit dem Gleichrichten habe ich irgendwie nicht verstanden (Verzeihung).
Der Hersteller vom Dieselaggregate wird seine Maschine mit einer Steuerung/Controller bestücken (+DP/Modbus Schnittstelle)..Mehr ist nicht drin
Das mit dem Synchronisieren zwischen PV und des DieselAggs. ist halt unsere Baustelle (bzw. meine :confused:)
 
Moin Moin
Wenn ich das richtig verstehe willst du Netzparallel fahren .Also Batterieanlage sprich Wechselrichter
mit dem Gen .unterstützen?
Gen hochfahren
Netz beobachten Phasenlage und Frequenz müssen in RANGE sein
Gen zuschalten
Mit einem Pick up Drehzahlverstellung vornehmen(abhänig vom der Last )
Gibt aber fertige Gen .Steuerungen Easy gen zb
 
nullkommanix schrieb:
Moin Moin
Wenn ich das richtig verstehe willst du Netzparallel fahren .Also Batterieanlage sprich Wechselrichter
mit dem Gen .unterstützen?
Gen hochfahren
Netz beobachten Phasenlage und Frequenz müssen in RANGE sein
Gen zuschalten
Mit einem Pick up Drehzahlverstellung vornehmen(abhänig vom der Last )
Gibt aber fertige Gen .Steuerungen Easy gen zb
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Grüß Dich nullkommanix,

Richtig.....

Das mit dem "Gen .Steuerungen Easy & Drehzahlregler" wäre eine Alternative aaaaaber..... der Kunde besteht darauf, die S7 Steuerung soll das DieselAggregate (mit dem eigenen Schieß mich Steuerung ;))Anhand der DP/Modbusschnittstelle ansteuern....
 
Ich muss mal zuhause im meiner Aservaten Kammer nachsehen .
Glaub ich hätte da etwas für ne S7 300 Steuerung
Als Beispiel könnte es reichen ,kann aber nix versprechen.
 
Hallo csharp,

ich habe bei meinem ehemaligen Arbeitgeber für solche Anwendungen eine AMG3 (Automatische Motor-Generator-Steuerung) von Leonhard Reglerbau / Woodward verwendet. Die Steuerung hat die Überwachung des Hauptnetzes (bei dir wäre es das Photovoltaiknetz) mit dem des Generators vorgenommen und beide miteinander synchronisiert und den Generatorleistungsschalter zugeschaltet.. Sämtlich Parameter wie Frequenz-, Spannungsabweichung konnten dort eingestellt werden. Schnittstellen zu anderen Systemen waren auch vorhanden. Die ganzen Peripheriegeräte (Pumpen, Ventile, etc.) haben wir mit unserer SPS angesteuert.
Wirf mal einen Blick darauf. Vielleicht ist es schon das Richtige für euch.

Gruß Ralf
 
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Hallo csharp,
Wir haben damals (vor ca 35 Jahren) in der Berufsschule einen 4 kW Drehstrom-Synchrongenerator - dieser wurde getrieben von einem 5 kW Motor - an das örtliche EVU-Netz gekoppelt, und auch mit diesem Generator wieder ins Netz eingespeist.
Die Synchronisierung und Aufschaltung ans Netz (Spannung mittels Erregerstrom/Phasenfolge/Phasenlage) erfolgte manuell(!) mittels optischer Anzeigen (Voltmeter, rotierendes Zeigerinstrument für Phasenlage, und Glühlampen für Spannungsdifferenz zw. Generator und Netz), und wenn nach vorsichtiger Drehzahlanpassung des Motors/Generators der Zeiger auf 0° stand, bzw. die Glühlampen dunkel waren (= keine Phasenverschiebung), wurde reaktionsschnell von Hand (!) der Schalter umgelegt (Generator ins Netz eingeklinkt). Der Läufer des Generators wird bei kleiner Phasenverschiebung automatisch in die richtige Lage gezogen und läuft anfangs wie ein Motor im Netz mit. Wenn die Phasenverschiebung zwischen Generator und Netz zu groß ist (richtige Phasenlage verpennt), dann kanns beim "einklinken" aber auch ganz schön rumpeln (mechanisch), und die Sicherungen sind gefährdet.
Energie wird ins Netz gespeist, wenn am Generator die Drehzahl erhöht wird (Gas geben). Je mehr Gas gegeben wird, desto höher ist die ins Netz eingespeiste Leistung.
Die Generatordrehzahl (Frequenz der Generatorspannung erhöht sich durch das "Gasgeben" aber nicht, denn diese wird durch das Netz selbst konstant gehalten).

Soviel einmal zu meinem ursprünglichen Basiswissen aus meiner Lehrzeit. (Manch böse Zungen bezeichnen sowas auch als unnützes Wissen).

LG,
Electronics
 
Zuletzt bearbeitet:
electronics1 schrieb:
Soviel einmal zu meinem ursprünglichen Basiswissen aus meiner Lehrzeit. (Manch böse Zungen bezeichnen sowas auch als unnützes Wissen).
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In dem Fall ist es wirklich unnützes Wissen.
Das öffentliche Netz interessieren die 5kW kaum.
Hier sieht es anders aus. Du hast hier eine PV-Anlage und einen Generator im Verhältnis 60:40.
Wenn du hier unsynchron zuschaltest, dann zerlegst du im halben Dorf die elektrischen Geräte.

@CSharp
Die Frage ist, was die Steuerung des Dieselaggregats und die Steuerung der PV-Anlage kann?
Ohne Unterlagen ist das ein Stochern im Nebel.

Gruß
Dieter
 
Hallo Blockmove,
das mit dem "unnützen Wissen" hast Du wohl ganz falsch verstanden - mit den "bösen Zungen" meinte ich bestimmte Personen innerhalb der Verwandtschaft, welche behaupten: "das kann nicht kochen, kann nicht putzen, keine Kinder hüten - also ist es unnütz".

Mir ist schon klar, dass ein kleines "Dorfnetz" mit 60/40 Gewichtung ganz schön zu kämpfen hat, einen "bissigen" Generator im Zaum zu halten.
Aber hier ging's um's Prinzip der Aufsynchronisation. Ich versuchte das nur anhand eines Beispiels aus eigener Praxis-Erfahrung darzustellen und leichter begreiflich zu machen, welche Fehler hierbei gemacht werden könnten.
 
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vollmi schrieb:
Ich komme nicht vom Fach.
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Ich auch nicht…

vollmi schrieb:
Wieso nicht den Generator gleichrichten und damit die Akkus laden? Einfacher und der Generator arbeitet immer im optimalen Wirkungsbereich.
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Das Prinzip find auch nicht mal so schlecht, je mnach Leistung der Gesamtanlage,
deshalb meine Frage oben nach den kVA.
Ich sehe folgendes Problem bei der Inselanlage:
Wenn die Wechselrichter nicht ganz speziell dafür ausgelegt sind
(Inselbetrieb und Diesel parallel), werden die wohl ser schnell auf Störung oder Netzabschaltung gehen.
So ein Wechselrichter überwacht ja schon recht genau das „EVU Netz und schaltet schon bei geringen Abweichungen ab (war da nicht mal was mit 50,2 Hertz Problem?)
 
electronics1 schrieb:
"das kann nicht kochen, kann nicht putzen, keine Kinder hüten - also ist es unnütz".
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Eine nette Definition :)

Ich durfte in meiner Lehrzeit (auch ca. 35 Jahre zurück) dem "Versuch" mit 750kW beiwohnen.
Die automatische Synchronisiereinrichtung unseres fabrikeigenen Heizkraftwerks ging auf Störung und das während der Spitzenlastmessung.
Also wurde klassisch, wie von dir beschrieben, versucht zu synchronisieren. Hat nicht geklappt ...
Von da an war mir klar, dass ich mit solchen Leistungen nix zu tun haben möchte.
 
Solch ein Mischbetrieb sehe ich kritisch.
Denn dein Wechselrichter macht ja nicht wirkilch einen Sinus.
Ein Osszy anschliessen und du siehst was ich meine.
Die Elektronik bildet eine Sinuskurve nach, doch so ganz klappt das nicht.
Im Grossen klappt es, da die Leitungen im öffentlichen Netz als Speicher fungieren, aber in solch kleinem Rahmen?
Man kann einen Generator mit dem Netz sychronisieren einfach durch Gluehlampen.
Haben wir in der Lehre gelernt und gemacht.
Doch bei der eingesetzten Elektronik funktioniert das vermutlich nicht mehr.
Habe es nicht versucht
Daher ist fuer mich der einzig sinnvolle Ansatz ueber den Zwischenkreis das Aggregat anzubinden.
Sehe auch keinen echten Grund, warum es nicht klappen soll.


bike
 
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Das Problem ist der Inselbetrieb: D.h. es ist kein öffentliches Netz vorhanden, was die Frequenz vorgibt.

Bei Einspeisung ins öffentliche Netz z.B. bei Generatoren von Biogasanlagen
- Es muss nur 1x mit dem Netz synchornisiert werden, dann läuft der Generator immer mit der Netzfrequenz.
Und zwar egal, ob Synchron oder Asynchrongenerator.

Bei Inselbetrieb ohne öffentliches Netz schwankt bei Generatoren je nach Last die Frequenz relativ stark.

Ich gehe mal davon aus, dass es sich bei dem Generator um einen Sychrongenerator handelt:
dieser liefert dann die Frequenz exakt proportional zur Drehzahl.
Bei Generatorbetrieb hat der Läufer einen Vorlaufwinkel zum Netz (je größer dieser Winkel, desto größer die eingespeiste Leistung)
Bei Motorbetrieb hat der Läufer einen Nachlaufwinkel zum Netz
Wenn weder Motor noch Generatorbetrieb, dann ist die Winkelverschiebung des Läufers 0° (Es fließt kein Strom zwischen Netz und Generator)

Die Photovoltaik ist auf jeden Fall auch eine Anlage für Inselbetrieb (Photovoltaik, die bei uns in DE am Netz verbaut werden, laufen nicht an, wenn die Netzfrequenz nicht stimmt,
weiterhin wenn die Netzfrequenz aus der Toleranz läuft, schalten die Photovoltaikanlagen ab!)

Man hat mit Sicherheit beide Anlauffälle
1. Motor muss sich auf Photovoltaik aufsynchornisieren (Synchronisiergerät erforderlich)
2. Photovoltaik muss sich auf Motor aufsynchronisieren (das dürfte die PV von Hause aus können)

Dann den Betriebsfall, wenn beide zusammen laufen!

Steigt nun die Netzlast und die PV kann das nicht mehr liefern, sinkt die Motordrehzahl
und dessen Frequenz.

Jetzt kommt es auf die PV an was passiert.

1. Regelt die PV die Netzfrequenz mit der Motordrehzahl ab, dann kannn man mit einer
Drehzahlregelung des Motors gegensteuern

2. Versucht die PV die Netzfrequenz zu halten (da es eine Inselbetriebs PV ist, die Ihre Frequenz selbst bestimmt)
dann kracht es! Das System bricht zusammen
Grund: Wenn die PV versucht die Netzfrequenz zu halten und die Drehzahl des Generators sinkt, dann
arbeitet der Generator als Motor und zieht Strom von der PV. Da die PV bereits an der Leistungsgrenze ist
(sonst müsste der Motor nicht mitlaufen), ist es jetzt vorbei. Bzw. Kurzschluss, da die Frequenzen nicht mehr
zusammenpassen.

D.h. die PV müsste wohl von Inselbetrieb, wo sie Ihre Frequenz selbst bestimmt auf Frequenz-Slavebetrieb umgeschaltet
werden, sobald der Generator in Betrieb ist.
Dann muss man nur noch die Generatordrehzahl auf die gewünschte Frequenz (50Hz) ausregeln.


Ich würde ich das so angehen (hab's aber noch nie gemacht!):


1. Sicherstellen, das PV als Frequenz Master und Slave arbeiten kann.
Deine Steuerung muss der PV sagen ob sie Master oder Slave ist.

2. Synchronlaufgerät zwischen Generator und PV einbauben

3. Die beiden Versionen vorsehen:
a) Generator schaltet auf PV
b) PV schaltet auf Generator (dies dürfte die PV bereits beherrschen)

4. Neztparametermessung einbauen (Frequenz Spannung usw.)
könnte evtl. mit den Siemens PAC Geräten oder mit den Wago Energiemessklemmen funktionieren,
Weis aber nicht, ob die dafür schnell genug sind!

REGELUNG:

Gehen wir mal davon aus die PV läuft bereits.

Bei z.B. 90% aktueller Auslastung (einstellbar) der PV schaltet der
Generator dazu. Würde ne Hysteresfunktion machen, wenn der Generator wieder wegschaltet
(z.B. bei x Minuten unter 70% der PV)

Generator aufsynchronisiern (Drehzahl regeln bis Phase und Frequenz genau mit der PV übereinstimmt) das Synchronisiergerät
gibt dann genau den Moment an, an dem man den Netzschalter zur Zuschaltung auslösen darf.

Wenn der Generator mit dem Netz verbunden ist, übernimmt er die Frequenzregelung und die PV schaltet in den Frequenz-Slave
Mode.

Die Regelung sieht folgendermaßen aus.

Der Gerenerator wird so auf Drehzahl geregelt, so dass die 50Hz gehalten werden, das müsste reichen.
Geht die PV die Puste aus, wird automatisch der Generator belastet und die Frequenz sinkt,
Bringt der Generator zu viel Leistung steigt die Frequenz.
Die Regelung muss das nun entsprechend schnell ausgleichen.

Ich würde auf jeden Fall noch vernünftige Überspannungsableiter einbauen, da es bei Generatoren im
Inselbetrieb immer wieder zu komischen Effekten kommt, die erhebliche Überspannungen produzieren.
 
vollmi schrieb:
Ich komme nicht vom Fach. Aber andere Sichtweise. Wieso nicht den Generator gleichrichten und damit die Akkus laden? Einfacher und der Generator arbeitet immer im optimalen Wirkungsbereich.
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Das ist meiner Meinung nach für solch ein Szenario auch die einfachste Lösung.

Die genaue Systemkonstellation ist mir nicht ganz Schlüssig: Sind die PV-Anlage/Controller und das Power Managment System eine Einheit (für was ist dann der Gleichrichter)? Oder hat die PV-Anlage einen Wechselrichter und das Power Managment System einen eigenen Wechsel- und Gleichrichter und lädt die Batterien über den Gleichrichter?
 
Guten Abend,
ich habe momentan viel um die Ohren...Ich werde mir allerdings die Zeit die nächste Woche nehmen, um euere Antworten zu lesen..

Noch mal eine"gescheite" S7 Steuerung ist schon geplant (der Kunde ist König ). Es geht hier um reinen INSELBETRIEB

Ach ja...vielen vielen Dank


Herzliche Grüße

Csharp
 
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