Das Projekt "Teilvorhaben: HTW Berlin" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Hochschule für Technik und Wirtschaft Berlin, Fachbereich 1 Ingenieurwissenschaften - Energie und Information durchgeführt. Die Projektpartner möchten Regelungskonzepte entwickeln und testen, die es ermöglichen, Fähigkeiten die bislang nur von Kraftwerken mit Synchrongenerator gewährleistet werden, kostengünstig durch Windenergieanlagen (WEA) bereit zu stellen. Konventionelle Kraftwerke sind die Basis der heutigen Energieversorgungsnetze. Alle Netzanschlussregeln setzen eine Mindestleistung von Synchrongeneratoren voraus, die zu keinem Zeitpunkt unterschritten werden darf. WEA werden bislang ausschließlich dafür entwickelt, die Netzstabilität nicht zu gefährden bzw. in gewissem Maße zu unterstützen, jedoch nicht dafür, die Netzstabilität auch ohne konventionelle Kraftwerke aufrecht zu erhalten. Um zukünftig konventionelle Kraftwerke zu ersetzen, besteht Forschungsbedarf für die Konzeption und Entwicklung neuer Systemdienstleistungen zur netzstützenden Regelung, zur Regelung am Verknüpfungspunkt und zur Inselnetzfähigkeit. Außerdem müssen bestehende Systemdienstleistungen in ihrer Regelgeschwindigkeit beschleunigt werden. Dazu sind Wissenslücken zu schließen u. a. im Bereich des Verständnisses der notwendigen Dynamik und Ausgestaltung von Regelverfahren zur Netzstützung sowie der dafür notwendigen Regelungssoft- und -hardware, und es sind neue Konzepte für schneller agierende Umrichter zu erarbeiten. Die HTW entwickelt verschiedene Konzepte für mögliche Regelungsansätze. Diese Ansätze werden von Senvion auf deren Umsetzbarkeit beurteilt. Bewertungskriterien sind die notwendigen technischen Anpassungen in den bestehenden WEA-Konzepten sowie wirtschaftliche Aspekte. Vielversprechende Regelungskonzepte werden dann von der HTW weiterentwickelt, in Modellen abgebildet und zunächst in Simulationsumgebungen und dann auf einem dafür entwickelten Prüfstand unter realitätsnahen Bedingungen getestet. Senvion wird während dessen die technologischen Anpassungen der WEA Komponenten weiter detaillieren. Bei positivem Projektverlauf wird Senvion auch Teillösungen im Feld in realen WEA testen.
Das Projekt "Einfluss reduzierter rotierender Schwungmassen auf den Netzbetrieb" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Universität Stuttgart, Institut für Feuerungs- und Kraftwerkstechnik durchgeführt. Die elektrische Energieversorgung in Deutschland wird in zunehmendem Maße durch erneuerbare Energieerzeugungsanlagen geprägt. Diesen wird eine gesetzlich gesicherte, vorrangige Einspeisung zugesprochen, was eine Verdrängung von konventionellen Kraftwerken zur Folge hat. Dadurch ändert sich neben der geographischen Verteilung der Erzeugungszentren und den damit verbundenen Leistungsflüssen auch die Netzdynamik. Im Gegensatz zu den Synchrongeneratoren der zumeist fossil befeuerten Kraftwerke, sind erneuerbare Erzeuger oft nicht frequenzsynchron am Netz angeschlossen und tragen dadurch nicht intrinsisch zur Netzstützung bei. Ziel des geplanten Forschungsvorhabens ist daher eine detaillierte Analyse der Auswirkungen reduzierter rotierender Masse auf die Netzstabilität im deutschen Regelblock unter Einbeziehung des gesamten frequenzsynchronen kontinentaleuropäischen Verbundsystems. Schwerpunkte des Forschungsvorhabens sind dabei die Auswirkungen auf das Frequenz- und Spannungsverhalten sowie die Entwicklung und Analyse verschiedener Lösungsansätze. Hierbei ist insbesondere die Frage zu klären, inwiefern das Frequenz- und Spannungsverhalten durch die neuen Technologien beeinflusst wird, und wie diese zur Gewährleistung der Netzstabilität beitragen können. Dazu wird zunächst anhand eines institutsinternen, detaillierten Modells des kontinentaleuropäischen Verbundsystems untersucht, mit welchen Veränderungen im Netzdynamikverhalten aufgrund des Wegfalls von Schwungmasse im deutschen Regelblock zu rechnen ist, und welchen Einfluss dies auf die Netzstabilität hat. Zu diesem Zweck werden charakteristische Netznutzungsfälle ausgewählt, die sich in Erzeugungs- sowie Lastsituation unterscheiden, und verschiedene Zukunftsszenarien für die Entwicklung erneuerbarer und konventioneller Einspeisung erstellt. In einem weiteren Schritt werden neuartige Regelkonzepte und Technologien zur Frequenz- und Spannungsstützung entwickelt und modelltechnisch im verbundnetzweiten Dynamikmodell ergänzt. Die Untersuchungen werden dabei in Abstimmung mit den deutschen Übertragungsnetzbetreibern durchgeführt und diskutiert.
Das Projekt "i-DEA - Untersuchung des Kurzschlussstrom-Verhaltens dezentraler Erzeugungsanlagen und deren Auswirkungen auf die Netzplanung" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Leibniz Universität Hannover, Institut für Elektrische Energiesysteme, Fachgebiet Elektrische Energieversorgung durchgeführt. Das Projekt i-DEA verfolgt das Ziel, das Kurzschlussstrom-Verhalten dezentraler Erzeugungsanlagen und deren Auswirkungen auf die Netzplanung zu erforschen. Ein wesentliches Ziel besteht in der Untersuchung der Beiträge von Windenergieanlagen mit doppeltgespeisten Asynchrongeneratoren zum Kurzschlussstrom-Zeitverlauf und in der Analyse der Überlagerung vieler Kurzschlussstrombeiträge zum Gesamtkurzschlussstrom. Im Rahmen des Projektes sollen auf Basis eines Anlagenmodells geeignete Näherungen für charakteristische Kurzschlussstrom-Kenngrößen abgeleitet werden, um die Beiträge mehrerer Windenergieanlagen in der Planungsphase angemessen zu berechnen. Ein weiteres Ziel des Projektes liegt in der Untersuchung der Genauigkeit der Überlagerung von Kurzschlussstrombeiträgen von Erzeugungseinheiten mit Anschluss über Vollumrichter. Dazu werden die Kurzschlussstrombeiträge von Erzeugungseinheiten mit Vollumrichter berechnet und deren Überlagerung zum Gesamtkurzschlussstrom unter Berücksichtigung ihrer korrekten Phasenlagen ermittelt. Durch einen Vergleich werden Korrekturfaktoren oder Näherungen gesucht, welche das Verfahren nach DIN EN 60909 ergänzen können, um mögliche Überdimensionierungen zu reduzieren. In Arbeitspaket (AP)1 werden ein Referenzszenario und ein Systemmodell für die Kurzschlussstrom-Untersuchungen erstellt. Aufbauend darauf werden Kurzschlussstrom-Berechnungen durchgeführt. Die AP2 und 3 umfassen die Erstellung eines Anlagenmodells einer Windenergieanlage mit doppeltgespeistem Asynchrongenerator mit Ableitung geeigneter Näherungen für eine vereinfachte, sichere und zuverlässige Berechnung der Kurzschlussstrom-Kenngrößen. In AP4 werden die ermittelten Näherungen mit den Ergebnissen eines vollständigen Modells verglichen. In AP5 werden derzeitige Berechnungsvorschriften zur Berechnung der Kurzschlussstrom-Kenngrößen überprüft. Abschließend werden in AP6 die Auswirkungen auf die Netzplanung untersucht und in AP7 die Auswirkungen auf den Netzschutz dargestellt.
Das Projekt "Teilvorhaben: Senvion" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Senvion GmbH i.L. durchgeführt. Die Projektpartner möchten Regelungskonzepte entwickeln und testen, die es ermöglichen, Fähigkeiten die bislang nur von Kraftwerken mit Synchrongenerator gewährleistet werden, kostengünstig durch Windenergieanlagen (WEA) bereit zu stellen. Um zukünftig konventionelle Kraftwerke zu ersetzen, besteht Forschungsbedarf für die Konzeption und Entwicklung neuer Systemdienstleistungen zur netzstützenden Regelung, zur Regelung am Verknüpfungspunkt und zur Inselnetzfähigkeit. Außerdem müssen bestehende Systemdienstleistungen in ihrer Regelgeschwindigkeit beschleunigt werden. Senvion strebt an, in einem ersten Schritt innovative Regelungsverfahren zu entwickeln, die für bestehende WEA-Hardwarekonfigurationen geeignet sind. Außerdem möchte Senvion im nächsten Schritt Regelungsverfahren entwickeln, die mit geringen Änderungen an WEA-Hardware und Parametrierung umsetzbar sind. In einem dritten Schritt wird Senvion Regelungskonzepte analysieren, die umfangreichere Anpassungen erfordern und daraus wichtige Entscheidungsgrundlagen für die Entwicklung zukünftiger WEA-Generationen ableiten. Die HTW entwickelt verschiedene Konzepte für mögliche Regelungsansätze. Diese Ansätze werden von Senvion auf deren Umsetzbarkeit beurteilt. Bewertungskriterien sind die notwendigen technischen Anpassungen in den bestehenden WEA-Konzepten sowie wirtschaftliche Aspekte. Vielversprechende Regelungskonzepte werden dann von der HTW weiterentwickelt, in Modellen abgebildet und zunächst in Simulationsumgebungen und dann auf einem dafür entwickelten Prüfstand unter realitätsnahen Bedingungen getestet. Senvion wird während dessen die technologischen Anpassungen der WEA Komponenten weiter detaillieren. Bei positivem Projektverlauf wird Senvion auch Teillösungen im Feld in realen WEA testen.
Das Projekt "Teilvorhaben: Softwaremodul zu Belastungen der Leistungselektronik von Windenergieanlagen in einer Gesamtsimulation" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Windrad Engineering GmbH durchgeführt. Ziel des Vorhabens ist es, die Lebensdauer der Leistungselektronik von Windenergieanlagen (WEA) zu erhöhen und die Vorhersage von Schäden in der Leistungselektronik zu verbessern, so dass analog zu Getrieben eine prädiktive Wartung realisierbar wird. In einem ersten Schritt ist der Aufbau eines Messsystems zur Erfassung und Aufzeichnung schneller, transienter Vorgänge bis in den Mikrosekundenbereich am Ort der Leistungselektronik von WEA im Rahmen des Vorhabens geplant. Im zweiten Schritt soll dieses Messsystem sukzessive zu einem Überwachungssystem der Leistungselektronik in WEA ausgebaut werden. Hierzu ist die Erstellung eines Softwaremoduls geplant, welches Modelle zur Berechnung und Bewertung der zu erwartenden Restlebensdauer der Leistungselektronik in WEA, basierend auf der Analyse bereits durchlebter elektrischer Belastungen, beinhaltet. Zunächst wird ein geeignetes Messsystem zur Aufzeichnung schneller dynamischer Änderungen der elektrischen Größen von WEA entworfen und aufgebaut. Hierzu werden die erforderlichen Messsysteme konzeptionell entworfen und die genauen Anforderungen an die digitale Signalverarbeitung eruiert und spezifiziert, bevor die erarbeiteten Algorithmen ausgewählt bzw. entwickelt werden. Im weiteren Projektverlauf wird dann ein Konzept der digitalen Signalverarbeitung erarbeitet und die bekannten Modelle zur Berechnung einer Restlebensdauer der Leistungselektronik erweitert um die Online-Fähigkeit. Neben der Verifikation des zu erarbeitenden Windparkmodells sollen die durch das IALB und die WindradEngineering erstellten Modelle mit Messungen aus dem Feldversuch abgeglichen werden. Auf diese Weise soll eine Klassifizierung möglicher Belastungen der Leistungselektronik einzelner Anlagen im Parkverbund durchgeführt werden. Die Windrad Engineering wird darüber hinaus die Modelle nutzen, um im Rahmen von Anlagensimulationen eine weiterführende Beurteilung spezifischer Standort für Anlagen in Bezug auf mögliche standortabhängige Belastungspotenziale durchzuführen.
Das Projekt "Teilvorhaben: Verifizierende Datenakquise und -auswertung" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von WindGuard Certification GmbH durchgeführt. Ziel des Vorhabens ist es, die Lebensdauer der Leistungselektronik von Windenergieanlagen (WEA) zu erhöhen und die Vorhersage von Schäden in der Leistungselektronik zu verbessern, sodass analog zu Getrieben eine prädiktive Wartung möglich wird. Dazu ist zunächst ein Messsystem zur Aufnahme der Ein- und Ausgangssignale der Leistungselektronik im Mikrosekundenbereich zu entwickeln, um deren Ausfallursachen zu ergründen. Das Messsystem wird dann zu einem möglichst herstellerunabhängigen Überwachungssystem der Leistungselektronik von WEA erweitert, um durch ein Retrofitting in Altanlagen unter Vermeidung einer erneuten Anlagenzertifizierung nachrüsten zu können. Ein als Funktionsmuster aufgebauter Umrichter soll die Überwachung und moderne Systemdienstleistungen für ältere WEA aufzeigen.
Das Projekt "Windenergieanlagen im Verbundbetrieb TU Braunschweig" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Technische Universität Braunschweig, Institut für Regelungstechnik durchgeführt. Es werden mechanisch-elektrische Energiewandler fuer grosse Windenergieanlagen untersucht, die fuer ein Verbundsystem geeignet sind. Schwerpunkt der Untersuchungen sind mit Synchronmaschinen ausgeruestete drehzahlvariable Anlagen, die elektrisch ueber einen Gleichstromzwischenkreis miteinander gekoppelt werden. Die Einzelanlagen sind mit selbstoptimierenden Reglern ausgestattet. Eine kostenguenstigere Loesung ergibt sich durch direkte Kopplung des Synchrongenerators mit dem Verbundnetz, wobei durch eine zusaetzliche Wicklung auf dem Rotor der Maschine einige Nachteile eleminiert werden koennen. Insbesondere sind aktive Pendeldaempfungen moeglich, und das System wird winkelelastischer, wodurch die Beanspruchung des Getriebes reduziert werden.
Das Projekt "Teilvorhaben: Modellbildung, Feldmessungen und Laborversuche zur Restlebensdauerermittlung von WEA-Leistungselektronik" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Universität Bremen, Institut für elektrische Antriebe, Leistungselektronik und Bauelemente durchgeführt. Ziel des Vorhabens ist es, die Lebensdauer der Leistungselektronik von Windenergieanlagen zu erhöhen und die Vorhersage von Schäden in der Leistungselektronik zu verbessern, so dass analog zu Getrieben eine prädiktive Wartung realisierbar wird. Dazu ist zunächst ein Messsystem zur Aufnahme der Ein- und Ausgangssignale der Leistungselektronik im Mikrosekundenbereich zu entwickeln, um deren Ausfallursachen zu ergründen. Das Messsystem wird dann zu einem möglichst herstellerunabhängigen Überwachungssystem der Leistungselektronik von Windenergieanlagen erweitert, um im Rahmen eines Retrofitting in Altanlagen und unter Vermeidung einer erneuten Anlagenzertifizierung, nachgerüstet zu werden. Auf Basis der durch das Vorhaben gewonnenen Kenntnisse wird ein Kompensationsumrichter als Funktionsmuster aufgebaut, der neben einem integrierten Überwachungssystem für die Leistungselektronik auch moderne Systemdienstleistungen für ältere Windenergieanlagen realisiert. Das IALB der Universität Bremen, ein Mitgliedsinstitut von ForWind, erarbeitet im Rahmen des Vorhabens ein Messsystem zur Erfassung und Aufzeichnung hochaufgelöster Messdaten der Leistungselektronik in Windenergieanlagen. Anschließend werden, parallel zur Durchführung von geplanten Langzeit-Feldmessungen an der Leistungselektronik in Windenergieanlagen, Simulationsmodelle für die Untersuchung, Berechnung und anschließende Bewertung der zu erwartenden Restlebensdauer der Leistungselektronik erarbeitet. Die Modelle werden für eine fortwährende Messung erweitert und in das Messsystem integriert, welches im Laufe des Vorhabens zu einem Überwachungssystem für Leistungselektronik von Windenergieanlagen erweitert wird. Zur Verifikation der erstellten Modelle und der Kennwertgenerierung zur Restlebensdauererwartung der Leistungselektronik dienen Laboruntersuchungen mit einer beschleunigten Alterung der zu untersuchenden Leistungshalbleiter.
Das Projekt "Drehzahlvariables Generatorsystem fuer Windkraftanlagen mittlerer Leistung" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Technische Universität Berlin, Fachbereich 06 Verfahrenstechnik, Umwelttechnik, Werkstoffwissenschaften, Institut für Energietechnik durchgeführt. Zielsetzung: Fuer Windkraftanlagen mittlerer Leistung (300-600 kW) ist die bisher angewendete direkte Kopplung von Asynchrongenerator und Netz nur mit grossem Aufwand zu realisieren. Es sollte deshalb fuer diese Anlagengroesse eine kostenguenstige Alternative entwickelt werden, um eine Entkopplung von Windturbinendrehzahl und Netzfrequenz realisieren zu koennen. Zur Anwendung sollte hierzu eine uebersynchrone Stromrichterkaskade kommen, die jedoch gegenueber den bisher bekannten Loesungen fuer die Anwendung in Windkraftanlagen modifiziert wurde. Arbeitsprogramm: Entwicklung eines kostenguenstigen Konzeptes fuer die Realisierung einer uebersynchronen Stromrichterkaskade mit einstellbarem Blindleistungsbedarf; Theoretische Untersuchung des Betriebsverhaltens; Aufbau und Dimensionierung einer Modellanlage fuer 11 kW Nennleistung; Nachweis der Funktionstuechtigkeit am Labormodell.
Das Projekt "Betriebsverhalten von Windenergieanlagen - Regelung und dynamisches Verhalten, mechanisch-elektrische Energiewandler" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Universität Kassel, Fachgebiet Energie-Elektronik durchgeführt. Es wurden Konzepte zur Regelung und Betriebsführung sowie zur Bestimmung des dynamischen Verhaltens von Windenergieanlagen unterschiedlicher Leistungsklassen entwickelt. Die Arbeiten beziehen sich auf Anwendungsbereiche im Insel- und Netzbetrieb. Einsatzmöglichkeiten zur Einspeisung in Drehstromnetze mit drehzahlvariablen Wandlern wurden schwerpunktmäßig untersucht. Doppelgespeiste Asynchrongeneratoren (Schleifringläufer-Maschinen mit Direktumrichtern) ermöglichen eine hochdynamische, entkoppelte Regelung der Wirk- und Blindleistungsabgabe. Maschinen in übersynchroner Stromrichterschaltung und Synchrongeneratoren mit Gleichstromzwischenkreis im Ständer gestatten bei verringertem Stromrichteraufwand eine gute Wirkleistungsregelung. Messtechnische Untersuchungen an Laboreinheiten und Windkonvertern dienten zur Überprüfung theoretisch gewonnener Erkenntnisse. Teile der Untersuchungsergebnisse sind direkt bei der Realisierung von Anlagen (z.B. GROWIANI, AEROMAN, Windpark Kythnos, DEBRA 100) berücksichtigt worden.
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