Die GVA Leistungselektronik GmbH hat daher eine Test-Anlage entwickelt, welche die Testung von Full-Scale-Umrichtern, ohne die zuvor geschilderten störenden Einflüsse von außen sicherstellt. Dabei kann sowohl das Verhalten des Prüflings auf das Netz als auch das Verhalten des Prüflings durch Netzeinflüsse emuliert werden. Die Anlage besteht demnach aus einem Generatoremulator und einem Netzemulator, beide im Multi-Megawatt-Bereich mit folgenden Basisdaten:

• 4 Konverter mit je 4 MW Leistung, 3 Level
• Ausgangsspannung dreiphasig, 690 Vrms
• Ausgangsstrom 3350 Arms

Bis hierher beschreiben die Anlagendaten nichts Aufregendes und auch nichts Besonderes. Da aber hierbei ein emuliertes Test-Netz zur Prüfung von Full-Scale-Umrichtern generiert wird sind die Anforderungen an die Modulation der Sinus-Ausgangsfrequenzen extrem. Die Herausforderung besteht darin die modulierte Sinus-Ausgangsfrequenz möglichst verzerrungsfrei bezogen auf den natürlichen Sinus nachzubilden. Mit Modulations-Frequenzen von üblicher Weise einigen kHz im niedrigen einstelligen Bereich ist hier nicht viel zu erreichen, speziell wenn die geforderte Ausgangsspannung Frequenzen von DC bis 10 kHz verzerrungsarm erzielen soll. An dieser Stelle weitere Daten aus einer aktuellen Anwendung:

• Ausgangs-Frequenzbereich DC bis 10 kHz
• Modulationsfrequenz ~ 128 kHz
• Gesamt-Klirrfaktor (THD):    
  • Forderung 1: 0,5 % bei 500 Hz
  • Forderung 2: 0,1 % bei 50 Hz

Bild 2: Die hohe System-Dynamik stellt besondere Anforderungen an die verwendeten Komponenten.

Unsere erst kürzlich gelieferte Lösung übertrifft diese bereits anspruchsvollen Forderungen nach Signalqualität teils um mehrere Größenordnungen.

Die für die daraus resultierende System-Dynamik notwendigen Anforderungen an die verwendeten Leistungshalbleiter sind entsprechender Natur. Gleiches gilt für die Sensorik, Ansteuerung der IGBTs, Beschaltungs- und Schutzkomponenten.

Für diese und ähnliche Anwendungen hat GVA eine eigene Software-Lösung unter Verwendung geeigneter externer Hardware-Komponenten entwickelt. So verfügt z.B. jeder Umrichter über eine eigene State-Machine zur Steuerung des allgemeinen System-Verhaltens. Ein davon getrennter Supervisor beobachtet alle internen Signale des Systems und löst bei Grenzwertverletzung den Übergang der State-Machine zum Fehlerereignis aus. Zeitgemäße Kunden-Schnittstellen wie ein integrierter Webserver, Optionen zum externen Konfigurieren und Monitoring via RestfulAPI, Speichern von transienten Signalaufzeichnungen bei voller Abtastrate und ein persistentes Konfigurationsmanagement runden unsere Lösungen ab und gestatten eine nahtlose Integration in die bestehende Kunden-Infrastruktur.
 

Bild 3: Die gesamte Anlage zur Testung von Full-Scale-Umrichtern beeindruckt durch ihre reine Größe.

Sie denken bereits über Ihre nächste Lösung nach und möchten eine präzise Leistungsquelle in Ihre übergeordnete Regelung einbinden? In einem solchen Szenario bietet sich z.B. unsere Echtzeit-SFP+-Schnittstelle an, welche die Steuerung und Überwachung unserer Umrichter mit einer PLECS RT Box gestattet. Sie können Sollwerte vorgeben und frei wählen, welche Messwerte Sie in PLECS empfangen möchten, um Ihre Regelung oder auch nur Überwachung zu gestalten. 

In einer Zeit, in der Effizienz und Präzision immer wichtiger werden, sind wir stolz leistungsfähige, hochgenaue Spannungs- und Stromquellen zu entwickeln und die Bedürfnisse unserer Kunden zu erfüllen. Unsere Produkte decken einen Leistungsbereich von einigen Kilowatt bis hin zum zweistelligen MW-Bereich ab. Sie finden Anwendung in verschiedensten zukunftstragenden Industriezweigen, von erneuerbaren Energien bis hin zur Elektromobilität.

Bei und für weitere Rückfragen zu diesem Beitrag oder zur Realisierung eines eventuell bei ihnen vorliegenden leistungselektronischen Neu-Projektes, kontaktieren Sie gerne einen unserer Power-Experten.
 

Bild 4: Die Autoren, Geschäftsführer Thomas Schulze (l.) und Gesellschafter Werner Bresch, sind stolz auf die von GVA entwickelte Test-Anlage.