Das Projekt "Teilvorhaben: Fraunhofer ISE" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Fraunhofer-Institut für Solare Energiesysteme durchgeführt. Entwicklung eines leistungselektronischen Umrichters mit 250 kW mit SiC-Halbleitern zur Anbindung einer Hochleistungs-/energiebatterie an das Verteilnetz. Für die Entwicklung werden Vorserienmuster von 3,3-kV-SiC-MOSFETs genutzt. Mit diesen Bauelementen sollen SiC-Leistungsmodule zu 150 - 300 A entwickelt werden. Erst die Entwicklung von niederinduktiven HV-SiC-Halbleitermodulen schafft die Grundlage für die Entwicklung von Mittelspannungsumrichtern hoher Leistung. In einem 3,3-kV-Netz ergeben sich hierbei Umrichterleistungen von 250 - 1.000 kVA. Über die Mittelspannungsebene wird der Hochleistungsspeicher eingebunden, der dann in das 110-kV-Netz gekoppelt wird. Hochleistungsspeicher ermöglichen den kurzzeitigen Inselbetrieb von Industrieanlagen und sichern somit kostenkritische Produktionsprozesse bei Netzausfällen. Weiter ermöglichen mehrere Hochleistungsspeicher im Verbund des 110-kV-Netzes den Wiederaufbau des Netzes und das Anfahren von Kraftwerken. Damit können Hochleistungsspeicher neben den klassischen Pumpspeicherseen eine weitere strategisch wichtige Säule zur Schwarzstartfähigkeit der Energieversorgung bilden. Durch die Verbundpartner dieses Vorhabens ist die gesamte wirtschaftliche Wertschöpfungskette vom Komponentenhersteller, Leistungselektronikhersteller, Systemintegrator und Netzbetreiber dargestellt. Die Forschungsaspekte zu Bauelementen, Leistungselektronik, System- und Regelungstechnik werden durch das Fraunhofer ISE flankiert. Semikron wird die Entwicklung der niederinduktiven HV-SiC-Halbleitermodule durchführen. Die Entwicklung der induktiven Leistungsbauelemente und die Durchführung damit verbundener Studien werden von STS übernommen.
Das Projekt "Teilprojekt: 'Hochstrom-Mittelspannungs-Drosseln für hohe Schaltfrequenzen'" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von STS Spezial-Transformatoren Stockach GmbH & Co. KG durchgeführt. Hochleistungsspeicher ermöglichen den kurzzeitigen Inselbetrieb von Industrieanlagen und sichern somit kostenkritische Produktionsprozesse bei Netzausfällen. Weiter ermöglichen mehrere Hochleistungsspeicher im Verbund des 110-kV-Netzes den Wiederaufbau des Netzes und das Anfahren von Kraftwerken. Damit können Hochleistungsspeicher neben den klassischen Pumpspeicherseen eine weitere strategisch wichtige Säule zur Schwarzstartfähigkeit der Energieversorgung bilden. Ziel des Vorhabens ist die Entwicklung eines leistungselektronischen Umrichters mit 250 kW mit SiC-Halbleitern zur Anbindung einer Hochleistungsenergiebatterie an das Verteilnetz. Im Teilprojekt STS sollen Lösungen für induktive Leistungsbauelemente für solche Umrichter erarbeitet werden. Dabei bestehen heute substanzielle Defizite im Verständnis elementarer Zusammenhänge bei der Dimensionierung und dem Betrieb solcher Bauteile. Die Aufklärung entsprechender Wirkgefüge und deren Verallgemeinerung und Abbildung in mathematische Modelle ist daher wesentlicher Bestandteil des Teil-Projekts, bevor konkrete technische Entwicklungen erfolgen. Auch neue Kühlkonzepte sind zu erarbeiten. Begonnen wird mit konzeptionellen Aspekten, wie Verfügbarkeitsanalysen oder allgemeine Simulationen. Darauf aufbauend erfolgen detaillierte Parameteranalysen und die Entwicklung neuer mathematischer Modelle für induktive Bauelemente. Entsprechend des Arbeitsfortschritts bei der Modellbildung erfolgt die Entwicklung und Charakterisierung von Mittelspannungsdrosseln. Die Inbetriebnahme und der Test des Demonstrators werden durch Teilentladungsmessungen unterstützt. Aus den Testläufen werden zudem Erkenntnisse abgeleitet, die in eine kontinuierliche Verifizierung der Simulationsmodelle und eine Optimierung der Drosseln einfließen.
Das Projekt "Teilvorhaben: Auslegung und Regelungsentwurf eines M2C" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Technische Universität Dresden, Elektrotechnisches Institut, Professur für Leistungselektronik durchgeführt. Ziel des Teilvorhabens ist eine mathematische Beschreibung des Systems zum Zwecke der Analyse sowie der Optimierung der Eigenschaften unter dem Gesichtspunkt der Eignung des Umrichters für den Betrieb an Gleichspannungsbussen und zur Einspeisung von Energie in Versorgungsnetze. Auf dem mathematischen Modell aufbauend soll ein modellbasierter Regelungsentwurf stattfinden, der die Nichtlinearität des Systems nicht als eine behindernde Eigenschaft auffasst, sondern nutzt. Es soll die Auslegung/Optimierung der wichtigsten passiven und aktiven Bauelemente unter besonderer Berücksichtigung des Systemwirkungsgrades stattfinden. Die Problemstellungen sollen auf analytischem, simulativen und experimentellem Wege bearbeitet werden. Es erfolgt eine mathematische Modellbildung des Umrichters, um analytisch die Zusammenhänge darzustellen zu können und damit analytisch eine Optimierung durchführen zu können. Aufbauend auf dem mathematischen Modell sollen modellbasierte nichtlineare Regelungsmethoden verwendet und eine Stabilitätsanalyse durchgeführt werden. Simulationen sollen zur Verifikation der Rechnungen, dem Funktionsnachweis der Regelungen, zur Unterstützung der Auslegung der Komponenten sowie zur Abschätzung des Einflusses von Fehlerfällen und der damit einhergehenden zusätzlichen Belastung der Komponenten eingesetzt werden. Die Regelungsalgorithmen sollen schließlich in einem aufzubauenden Versuchsstand kleiner Leistung getestet werden.
Das Projekt "Teilvorhaben: Optimierte Aufbau- und Verbindungstechnik für SiC-Leistungshalbleiter zur Anwendung in Mittelspannungsumrichtern" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von SEMIKRON Elektronik GmbH & Co. KG durchgeführt. Hochleistungsspeicher ermöglichen den kurzzeitigen Inselbetrieb von Industrieanlagen und sichern somit kostenkritische Produktionsprozesse bei Netzausfällen. Ziel des Vorhabens ist die Entwicklung eines leistungselektronischen Umrichters mit 250 kW mit SiC-Halbleitern zur Anbindung einer Hochleistungsenergiebatterie an das Verteilnetz. Innerhalb des Vorhabens 'SiC-MSBat' werden neue leistungselektronische Konzepte basierend auf innovativen Halbleitertechnologien entwickelt, die die Systemkosten senken und damit eine schnellere, unkomplizierte und effiziente Integration von Speichern in Mittelspannungsnetze ermöglichen. Für die Entwicklung werden Vorserienmuster von 3,3 kV SiC MOSFETs und Dioden verwendet. Das Ziel im Teilvorhaben ist damit zuverlässige Leistungselektronikmodule zu konzipieren, die durch ihre Eigenschaften ein gutes Skalierungspotentialbieten. Dabei liegt ein besonderer Fokus auf hohen Schaltfrequenzen die besondere Herausforderungen mit sich bringen. So muss das Layout der Modulschaltung zu niedrigen Induktivitäten hin optimiert werden, um Schaltverluste zu reduzieren und hohe Überspannungen zu vermeiden.
Das Projekt "Teilvorhaben: M2C-Umrichter für Energieeinspeisungen" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Universität der Bundeswehr München, Institut für Technik Intelligenter Systeme (ITIS) e.V., Institut für Elektrische Antriebstechnik - Lehrstuhl für Leistungselektronik und Steuerungen durchgeführt. Die Bedeutung leistungselektronischer Systeme zur Nutzung regenerativer Energien und zur Steigerung der Energieeffizienz wird in der Fachwelt in steigendem Maße anerkannt. Im vorliegenden Projekt soll das große Potenzial einer neuartigen Schaltungstopologie (M2C, Modular Multilevel Converter) für diese zukünftigen, bedeutenden Einsatzfelder untersucht und die industrielle Anwendung erschlossen werden. Die M2C-Topologie wurde bei ITIS (Prof. Marquardt) erfunden und patentiert. Erkenntnisse und Erfahrungen aus anderen Anwendungsbereichen (u.a. Antriebsstromrichter, HVDC) liegen bereits vor. Die Untersuchungen konzentrieren sich deshalb auf die für das beantragte Vorhaben wesentlichen neuen Anforderungen: 1. Klärung der technischen Spezifikation an der Einspeise-Schnittstelle 2. Redundanz- und Sicherheitskonzept 3. Auslegung der Komponenten des Leistungsteils
Das Projekt "Teilvorhaben: Umrichterzellen" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von SEMIKRON Elektronik GmbH & Co. KG durchgeführt. 1. Vorhabenziel: Konzipierung und Untersuchung einer neuen Mittelspannungs-Umrichter-Topologie, die flexibel z. B. für Offshore-Windenergieanlagen, Gezeitenkraftwerke, Hochleistungsantriebe und a. einsetzbar ist. Spezielle Anforderungen sind z. B. hohe Zuverlässigkeit und Verfügbarkeit, lange Wartungsintervalle/kurze Wartungszeiten, hohe Generatorspannung bis 6,6kV, niedriger Filteraufwand oder filterloser Betrieb, einfach skalierbare Leistung, unabhängige Regelung von Generator- und Netzstrom und exzellente Netzeinspeisequalität. 2. Arbeitsplanung: 1 Wirtschaftliche Bewertung des Halbleitereinsatzes. 2 Definition der Schnittstellen. 3Auswahl Leistungshalbleiter incl. Kühlsystem in Zelle, Auslegung Kondensatoren, Optimierung parasitärer Induktivitäten, Bypassschalter (mit UA3), Schutz auf Zellenebene, Lastenheft Umrichterzelle, IGBT-Treiber und lokalen Zellsteuerung, erste Versuchsmuster, Konstruktion der Umrichterzelle, Aufbau von Zellen-Demonstratormustern, Tests, Datenvalidierung. 4 Realisierung des Schutz- und Redundanzkonzeptes (Hard- und Software), Tests, Lastenheft Schutz- und Testkonzept. 5 Entwurf Teststand, Schnittstellendefinition, Zelltopologie für Teststand, Mitwirkung bei Aufbau/Inbetriebnahme.
Das Projekt "Zukunftsorientierte dezentrale Energiesysteme - Mittelspannungsumrichter zur Anbindung von Energiespeichern an das Mittelspannungsnetz" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Leibniz Universität Hannover, Institut für Antriebssysteme und Leistungselektronik, Fachgebiet Elektrische Maschinen und Antriebssysteme durchgeführt.
Das Projekt "Teilvorhaben: Gesamtumrichter" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von F & S PROZESSAUTOMATION GmbH durchgeführt. 1. Vorhabenziel: Im vorgeschlagenen Förderprojekt 'Multi-Level Mittelspannungsumrichter für Offshore Windenergieanlagen - MLU-Offshore' soll eine neue Umrichtertopologie untersucht werden, die für den Einsatz in Offshore Windenergieanlagen (WEA) optimiert ist. Ziele: Effizienzsteigerung von Offshore-WEA durch Einsatz einer innovativen Umrichtertopologie; Reduktion von Volumen und Gewicht der elektrischen Komponenten einer WEA; Reduktion der notwendigen Kabelquerschnitte der Verbindung von Generator und Umrichter durch Erhöhung der Umrichternennspannung auf 6,6 kV und mehr; Vermeidung von netz- und generatorseitigen Filtern durch Multi-Level-Modulation mit sehr hoher effektiver Schaltfrequenz, d.h. exzellenter Qualität des eingespeisten Stroms; Erhöhung der Lastwechselfestigkeit der Halbleitermodule um den Faktor 10 durch Einsatz der SKiN-Technologie, einer innovativen Aufbautechnik für leistungselektronische Halbleitermodule; Minimierung der Wartungskosten und Ausfallzeiten durch Erhöhung der Zuverlässigkeit des Umrichters einer WEA und Vermeidung eines Getriebes; Verringerung der Investitionskosten einer WEA durch Verwendung von Niederspannungskomponenten in einem Mittelspannungswechselrichter ; Minimierung der passiven Bauelemente 2. Arbeitsplanung: Bitte entnehmen Sie die detaillierte Arbeitsplanung der Teilvorhabenbeschreibung, Abschnitt 'Ausführliche Beschreibung des Arbeitsplans'.
Das Projekt "Teilvorhaben: Modulation, Regelung und Redundanzkonzept" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Technische Universität Dresden, Elektrotechnisches Institut, Professur für Leistungselektronik durchgeführt. 1. Vorhabenziel: Im vorgeschlagenen Förderprojekt 'Multi-Level Mittelspannungsumrichter für Offshore Windenergieanlagen - MLU-Offshore' soll eine neue Umrichtertopologie untersucht werden, die für den Einsatz in Offshore Windenergieanlagen (WEA) optimiert ist. Ziele: Effizienzsteigerung von Offshore-WEA durch Einsatz einer innovativen Umrichtertopologie; Reduktion von Volumen und Gewicht der elektrischen Komponenten einer WEA; Reduktion der notwendigen Kabelquerschnitte der Verbindung von Generator und Umrichter durch Erhöhung der Umrichternennspannung auf 6,6 kV und mehr; Vermeidung von netz- und generatorseitigen Filtern durch Multi-Level-Modulation mit sehr hoher effektiver Schaltfrequenz, d.h. exzellenter Qualität des eingespeisten Stroms; Erhöhung der Lastwechselfestigkeit der Halbleitermodule um den Faktor 10 durch Einsatz der SKiN-Technologie, einer innovativen Aufbautechnik für leistungselektronische Halbleitermodule; Minimierung der Wartungskosten und Ausfallzeiten durch Erhöhung der Zuverlässigkeit des Umrichters einer WEA und Vermeidung eines Getriebes; Verringerung der Investitionskosten einer WEA durch Verwendung von Niederspannungskomponenten in einem Mittelspannungswechselrichter ; Minimierung der passiven Bauelemente 2. Arbeitsplanung: Bitte entnehmen Sie die detaillierte Arbeitsplanung der Teilvorhabenbeschreibung, Abschnitt 'Ausführliche Beschreibung des Arbeitsplans'.
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