PQ4Wind: Power Quality Test und Impedanz-Modell Validierung für Hauptumrichter von Windenergieanlagen

Auf einen Blick

• Ein Energiesystem, das im Wesentlichen auf erneuerbaren Energien basiert, stellt neue Heraus­for­de­rungen an die Stabilität des Versorgungsnetzes.
• Netzinstabilität entsteht unter anderem durch die von Windenergieanlagen und anderen er­neuer­baren Energieerzeugungsanlagen verursachten Ober­schwingungen.
• Derzeit fehlt es an geeigneten Messverfahren, um Einflüsse von Windenergieanlagen auf die Netzstabilität zu untersuchen und zu validieren. Die Anlagen bezüglich ihrer Netzrückwirkungen zu optimieren ist somit nur schwer möglich.
• Im Forschungsprojekt PQ4Wind, koordiniert vom Fraunhofer IWES, steht der Aufbau einer Test­einrichtung für die Bewertung der netzrückwirkenden Eigenschaften des Frequenzumrichters als zentrales elektrotechnisches Bauteil von Windenergieanlagen im Mittelpunkt.

Herausforderung

Der Umbau des Energiesystems von wenigen zentralen Kraftwerken auf ein dezentrales System mit vielen verteilten Erzeugungsanlagen stellt unter anderem die Netzstabilität vor noch ungeklärte Heraus­forderungen. Windenergieanlagen (WEA) erzeugen sogenannte Oberschwingungen – Wellen, deren Frequenz ein Viel­faches der Grundfrequenz beträgt – im Netz, die die Netzstabilität gefährden können. Eine Ursache für die Entstehung stabilitätsgefährdender Oberwellen sind die frequenzabhängigen, nichtlinearen Impedanz­verläufe der WEA. Bestehende Messverfahren erlauben bislang keine allgemeingültige Bewertung des Impedanz- und Oberschwingungsverhaltens, sodass eine Optimierung der WEA hinsichtlich ihrer Netz­rück­wirkungen oft nicht möglich ist.

Lösung

Um zukünftig Oberschwingungen detailliert zu bestimmen, die Netzrückwirkungen von WEA zu validieren und die Entstehung von Oberschwingungen zu verhindern, widmet sich das Forschungsprojekt PQ4Wind der Entwicklung einer Testeinrichtung für WEA-Frequenzumrichter im Multi-Megawatt-Bereich. Der Frequenzumrichter wandelt den vom Generator mit variabler Spannung und Frequenz erzeugten Strom in netzverträgliche 50 Hz. Er bestimmt als zentrales Bindeglied zwischen Generator und Netz maßgeblich die Impedanz und das Oberschwingungsverhalten der WEA.

Mehrwert  

Neben dem Aufbau der Testeinrichtung verfolgt das Projekt PQ4Wind weitere Ziele. So werden die nötigen Testverfahren zum Bestimmen des Oberschwingungsverhaltens sowie zum Vermessen der WEA-Impedanz erarbeitet. Mit Hilfe der Messergebnisse wird die Gültigkeit von Simulationsmodellen der Frequenzumrichter festgestellt. Zudem werden Testverfahren zur Validierung und Optimierung zukünftiger netzformender Regelverfahren von WEA entwickelt, und es werden Grundlagen zur komponentenbasierten Zertifizierung der elektrischen Eigenschaften von Energieerzeugungsanlagen geschaffen.