Hohe Flexibilität auch bei Megawatt-Leistung
Mehrere Megawatt Leistung aus einer kompakten programmierbaren Stromquelle – vor wenigen Jahren noch undenkbar – heute aber bereits Stand der Technik! Die rasanten Fortschritte in der Leistungselektronik und Batterietechnologie machen es möglich, dass die Elektroenergie in Anwendungsbereiche vorstösst, die auf Grund der hohen Leistungen traditionell den fossilen Brennstoffen vorbehalten waren.
Heute schon fahren E-Busse und einzelne E-LKW’s flüsterleise durch Städte und zu Baustellen, Passagierschiffe und vor allem Fähren haben den Elektroantrieb wegen seiner feinen Regulierbarkeit und schnellen Reaktionszeit entdeckt, Baumaschinen und sogar kleinere Flugzeuge nützen die hohe Leistungsdichte und den guten Wirkungsgrad. Die Entwicklung dieser Systeme setzt sowohl umfassende Simulationen sowie ausgefeilte Testmethoden voraus, damit ein derartiges Antriebssystem in der Praxis die geforderten Qualifikationen erfüllen kann. Mit der Architektur von REGATRON’s G5 Produktfamilie steht den Anwendern ein Stromversorgungssystem zur Verfügung, welches auf zwei Ebenen vorkonfiguriert werden kann:
- Ebene Leistungseinheiten mit 216 kW / 324 kW, intern konfigurierbare Verschaltung von einzelnen Leistungsmodulen zu je 54 kW
- Ebene Gesamtsystem mit frei verschaltbaren Leistungseinheiten bis zu 6 MW
Mit dieser Systemarchitektur lässt sich beispielsweise ein Last-Spannungsbereich von 500 V bis zu 3000 V mit der vollen Leistung abdecken!
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Ein ausgeführtes Beispiel
Die sich im finalen Test befindliche Anlage eines unserer Kunden umfasst insgesamt neun Leistungseinheiten zu je 324 kW, welche im Gesamtsystem mit einer Systemleistung bis zu 2916 kW betrieben werden können. Die Leistungseinheiten ihrerseits beinhalten sechs Basiseinheiten von je 54 kW / 1500 V / 108 A. Diese können intern sowohl im Parallelverbund zu 324 kW / 1500 V / 648 A oder in Matrixverschaltung zu 324 kW / 3000 V / 324 A konfiguriert werden und bilden die erste Ebene des Systems. Es ergibt sich das folgende Strom-/Spannungs-Diagramm links.
Die zweite Ebene wird durch die Zusammenschaltung der Leistungseinheiten zu einem Gesamtsystem gebildet. Die Leistungseinheiten werden parallel verschalten, somit stehen bei 1500 V Vorkonfiguration und insgesamt 2916 kW Leistung Ströme von 5832 A bis 1944 A zur Verfügung. Bei 3000 V Vorkonfiguration verläuft der Strombereich von 2916 A bis 972 A. Für diese Anlage besteht eine Erweiterungsoption bis 6 MW.
Bedenken wegen der Komplexität?
Die wichtigsten Ziele der Entwicklung solcher leistungsstarken Systeme sind:
- Erhaltung der ausgezeichneten Regeldynamik im Vergleich zu Einzelmodulen
- Kompromisslose System-Sicherheitsfeatures gemäss den entsprechenden Normen
- Gut verständliche und übersichtliche zentrale System-Führung und -Bedienung
Dies heisst für die Praxis: Bereits das Zuschalten der AC-Netzspeisung und die Freischaltung der Sicherheitskreise erfolgt über eine zentrale Mastereinheit. Diese erlaubt weiters auch die Steuerung des Systems vor Ort oder über die Programmierschnittstellen wie API, CANmp, EtherCAT, SCPI oder mittels Regatron’s Softwareprodukten. Der schnelle Kommunikationsbus stellt sicher, dass die Veränderung von Sollwerten sowie Ausgabe von Istwerten verzögerungsfrei erfolgt. Die Praxis zeigt, dass sowohl die dynamischen als auch die statischen Betriebswerte jeder G5 Leistungseinheit von 54 kW bei nahezu gleichbleibender Dynamik bis in den MW-Bereich hoch skaliert werden können.
Auswahl der Leistungseinheiten
Je nach Wahl der Spannungsklasse der 54 kW Basisheit und der Verschaltungsart kann der Spannungs-/Strombereich gewählt werden. Mit der Parallelschaltung der kompakten 216 kW oder 324 kW Leistungseinheiten kann die Systemleistung beliebig gross gewählt werden.
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