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Transientenrekorder

Transientenrekorder zur Aufzeichnung und Analyse von Netzspannungen und -strömen an Windenergieanlagen

Für die Überwachung der Netzqualität und deren Auswirkungen auf angeschlossene Windenergieanlagen (WEA) ist eine kontinuierliche Überwachung notwendig. Neben der Aufzeichnung von Spannungen und Strömen am Netzanschlusspunkt können mit dem am IALB aufgebauten Messsystem ebenfalls Temperaturen und Feuchte in einem Frequenzumrichter aufgezeichnet werden.

Abb. 1 zeigt den schematischen Aufbau des Systems: Die Spannungen oder Ströme werden mit Wandlern auf eine für den A/D-Wandler geeignete Spannung gewandelt und mit bis zu 50 kHz abgetastet.

Die Verarbeitung der digitalen Werte wird mit dem digitalen Signalprozessor (DSP) TMS320F28335 der Firma Texas Instruments durchgeführt. Zur Speicherung der Messdaten werden die Daten über einen Feldbus zu einem Industrie-PC übertragen. Die vom Industrie-PC empfangenen Daten werden mit Zeitstempel abgelegt. Der Industrie-PC wird mit dem Betriebssystem GNU/Linux und der Erweiterung RTAI für Echtzeitaufgaben betrieben.

Als Feldbus wird der EtherCAT-Feldbus eingesetzt. Der EtherCAT-Feldbus basiert auf dem Ethernet-Standard und ermöglicht durch spezielle EtherCAT-Netzwerkkarten mit konstanter Durchlaufverzögerung, eine echtzeitfähige Kommunikation. Eine Synchronisierung der Messstationen ist über sogenannte „verteilte Uhren“ („distributed clocks“) in den verwendeten EtherCAT-Netzwerkkarten möglich.

Abb. 2 zeigt die in einem Schaltschrank integrierten Komponenten für das Messsystem: Im oberen Bereich ist der IPC eingbaut. In der Mitte ist das Mikrorechnerboard mit EtherCAT-Feldbusschnitttelle sowie Messverstärker und die dafür notwendigen Netzteile zu sehen. Im unteren Bereich befinden sich Steckdosen zum Anschluss des IPC und weiterer Sensoren sowie die Versorgung der Netzteile.

Zur Aufzeichnung von Transienten wird das Messsystem um weitere A/D-Wandler mit einer höheren Abtastrate erweitert.

Die Messdaten werden fortlaufend über eine in einem FPGA (Abb. 3) integrierte Logik ausgelesen und in einem Ringspeicher abgelegt. Nach Eintreten eines vorher definierten Ereignisses wird die Aufzeichnung gestoppt, und die Messdaten können ebenfalls zum Industrie-PC übertragen werden. Hier ist eine Vorverarbeitung der Messsignale möglich, z.B. können Mittelwerte der Spannung und Frequenz berechnet werden, was eine erhebliche Reduktion der Messdaten erlaubt.

Für die Aufzeichnung von Daten über mehrere Monate wird das System um ein Festplattenwechselsystem erweitert. Dies ermöglicht den Austausch von Datenträgern während des laufenden Betriebes.