ELSAD

(Elektronische Synchronmaschine mit aktivem Dämpfer)

Projekt Energiekonditionierungssystem für dezentrale  Energieversorgungssysteme

Prinzip

Das stochastisch fluktuierende Angebot regenerativer Energiequellen (z.B. Windenergie) begrenzt aus technischen und wirtschaftlichen Gründen nennenswert den maximal einspeisbaren Anteil in die elektrischen Netze bzw. Inselnetze in Regionen mit guten Windverhältnissen. Aus technischer Sicht ruft das fluktuierende Energieangebot des Windes eine Minderung der Energiequalitat hervor. Diese äußert sich in Form von Spannungs- und Frequenzschwankungen. Darüber hinaus muß man je nach Art der eingesetzten Windenergiekonverter mit der Ausbreitung von unerwünscht hohen Oberschwingungen im elektrischen Netz rechnen.

 

Ausgehend von den genannten technischen und wirtschaftlichen Randbedingungen für die Einbindung von fluktuierenden, regenerativen Energiequellen in dezentrale Energieversorgungssysteme ist am Institut für Elektrische Energietechnik ein Autonomes, Modulares Energieversorgungssystem (AMOEVES) konzipiert und mit Hilfe eines Prüfstandes mit einer Nennleistung von 60 kVA untersucht worden. Das AMOEVES-Konzept verfolgt das Ziel eines hohen Nutzungsgrades von regenerativen Energiequellen in dezentralen Energieversorgungssystemen bei hoher Energiequalität.

 

Tageszeitverlauf des Energiebedarfs und -angebotes aus regenerativen Energiequellen

Angestrebter Energiebezug und -einsatz für dezentrale Energieversorgungssysteme mit bevorzugter Einspeisung aus regenerativen Energiequellen

Eine Energiekonditionierung unter ökologischen und technischen Kriterien durch ein geeignetes Energiemanagement führt einerseits zu einer Reduzierung der erforderlichen Kraftwerksleistung und andererseits zu einem höheren einspeisbaren Anteil regenerativer Energien in elektrischen Versorgungsnetzen.

 

Durch den Einsatz von dezentralen Speichern werden das fluktuierende Energieangebot aus den regenerativen Energiequellen kurz- und mittelfristig, sowie Verbrauchsschwankungen, solange diese nicht mit dem fluktuierenden Energieangebot vor Ort korrelieren, ausgeglichen. Dadurch weist das dezentrale Energieversorgungssystem kurz- und mittelfristig konstante Leitungsflüsse gegenüber dem übergeordneten elektrischen Netz auf. Konventionelle Kraftwerke können demzufolge weitgehend nur zur Deckung des Grundlastbedarfs eingesetzt werden.

Der dezentrale Speicher wird über einen sogenannten selbstgeführten Wechselrichter an das elektrische Netz angeschlossen. Dieser kann im elektrischen Vier-Quadranten-Betrieb arbeiten, so daß er in der Lage ist, Wirk- und Blindleistung unabhängig voneinander zu liefern bzw. aufzunehmen (Elektronische Synchronmaschine). Das Speichersystem wird mit einer Netzspannungsregelung betrieben. Die Ausgangsspannung des Wechselrichters wird so eingestellt, daß eine Spannungsdifferenz zu der zu regelnden Netzspannung entsteht. Diese bestimmt den zur Konstanthaltung der Netzspannung erforderlichen Strom in Betrag und Phasenlage und somit die abgegebene bzw. aufgenommene Blind- und Wirkleistung. Durch die dynamische Blind- und Wirkleistungskompensation mit Hilfe der elektronischen Synchronmaschine wird eine dezentrale Netzstützung bzw. Energiekonditionierung erreicht.

Aufbau

Das AMOEVES-Konzept erlaubt die rückwirkungsarme Integration regenerativer Energiequellen in bestehende Netze oder Inselnetze mit dem Ziel, die Maßstäbe hinsichtlich Versorgungsqualität und Zuverlässigkeit der Versorgung in Verbundsystemen auch in Bereichen schwacher Netzausläufer sicherzustellen. Ein übergeordnetes Energiemanagement harmonisiert die Energieflüsse der modularen Generatorgruppen und bildet die Voraussetzung für eine schwerpunktbezogene Betriebsführung nach spezifischen Erfordernissen am Einsatzort.

AMOEVES-Prüffeldaufbau mit Windenergiekonverterprüfständen (10 kVA, 22kVA), netzgekoppelter PV-Anlage (2,5 kW), Synchronmaschinenprüfstand (10 kVA), steuerbare Lasten und 60 kVA Elektronische Synchromaschine

Als wesentlicher Bestandteil des Systems ermöglicht die "Elektronische Synchronmaschine" die Bereitstellung der im Netz benötigten Blindleistung (induktiv oder kapazitiv), die Gewährleistung der nach IEC vorgeschriebenen Stabilität der Netzspannung und den Ausgleich von Energieangebot und -nachfrage durch Zwischenspeicherung von Wirkleistung auf die integrierten Kurzzeitspeicher. Im Gegensatz zu herkömmlichen Methoden der Blindleistungsbeeinflussung durch Synchronmaschinen (Phasenschiebergeneratoren) kann Blindleistung mit hoher Dynamik am Netzanschlußpunkt zur Verfügung gestellt werden. Blindleistungserzeugung einerseits und die Wirkleistungsakkumulation in die Zwischenspeicher bzw. -abgabe ins Netz andererseits können unabhängig voneinander geführt werden. Der "Aktive Dämpferkreis" enthält einen hochgetakteten Stromrichter, mit dessen Hilfe Netzoberschwingungen beeinflußt werden können.

 

Übersichtsschaltbild der elektronischen Synchronmaschine

Projektförderung

Europäischer Fond für Regionale Entwicklung (EFRE)

 

Projektpartner

Gesellschaft für Antriebs- und Energietechnik, Regelungs- und Automatisierungssysteme mbH (AERAS GmbH)

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