Wenske, Jan

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    Item-typ:Veröffentlichung,
    Eine netzstabilisierende Regelstrategie für Windenergieanlagen zur Bereitstellung von kraftwerksäquivalenten Systemdienstleistungen
    (2024-05-17)
    Matthies, David
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    Wenske, Jan
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    Orlik, Bernd
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    Orlik, Bernd
    Zur Wahrung eines stabilen Netzbetriebs bei einem immer weiter steigenden Anteil an installierten Windenergieanlagen ist ein Paradigmenwechsel in der bisher eingesetzten, ausschließlich auf eine maximale Windleistungsentnahme abzielenden MPPT (Maximum Power Point Tracking) Regelstrategie unabdingbar. Hierbei ist es erforderlich, dass die bei einer gewünschten klimaneutralen Energieproduktion wegfallenden Systemdienstleistungen konventioneller, CO2 emittierender Kraftwerke adäquat ersetzt werden. Aufgrund dessen wird in der vorliegenden Dissertation die netzstabilisierende GPPT (Grid-demanded Power Point Tracking) Betriebsweise für eine häufig installierte Windenergieanlagentopologie mit Vollumrichter und permanentmagneterregtem Synchrongenerator entwickelt und experimentell erfolgreich validiert. Zur praktischen Validierung wird ein 20kW-Prüfstand mit einem zentralen Regelungssystem aufgebaut. Dieser besteht im Wesentlichen aus einer realen Windenergieanlage ohne Turm und Windrotor, weshalb ein Motor den Generator für die Nachbildung des Rotorverhaltens antreibt. Zusätzlich wird ein übergeordnetes Stromnetz emuliert, um damit die stabilisierende Auswirkung der Einspeisung auf die Netzgrößen bei einem hohen Anteil an Windenergie herauszustellen. Am Prüfstand wird nachgewiesen, dass die Windenergieanlage analog zu konventionellen Kraftwerken eine Momentan- und Primärreserve und zusätzlich die Sekundärreserve von aktuellen Regelkraftwerken bereitstellt. Die eingespeiste Leistung wird dabei auch rotorseitig korrekt nachgestellt, was zu veränderten Arbeitspunkten des Windrotors führt. Darüber hinaus bietet das GPPT-Verfahren eine von Netzbetreibern geforderte Spannungsstützung durch eine entsprechende Adaption des eingespeisten Blindstroms sowie das Durchfahren von Unterspannung (LVRT) bei Netzfehlern. Außerdem wird die Schwarzstartfähigkeit im Inselbetrieb untersucht und simulatorisch veranschaulicht.
    Dissertation
      440  201
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    Item-typ:Veröffentlichung,
    Dynamische Kompensationsregelung mit adaptiver Parameternachführung für permanentmagneterregte Transversalflussmaschinen
    (2023-06-06)
    Behrens, Sören
    ;
    Wenske, Jan
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    Orlik, Bernd
    ;
    Orlik, Bernd
    In der nachfolgenden Dissertation wird ein neues Konzept für die drehmomentoptimale Regelung von permanentmagneterregten Transversalflussmaschinen vorgestellt und für einen neu entworfenen Windenergieanlagen-Gondelversuchsstand in Betrieb genommen. Der finale Prüfstand besteht aus der vollständigen Gondel einer Windenergieanlage vom Typ Krogmann 15-50, welche ohne Rotorblätter in der Maschinenhalle des Instituts für elektrische Antriebe, Leistungselektronik und Bauelemente aufgebaut wurde. Angetrieben wird die Gondel direkt und ohne zusätzliches Getriebe von einer Transversalflussmaschine und der neu entwickelten Regelung, welche ihre Sollwertvorgabe aus einer im Rahmen dieser Arbeit entwickelten, aerodynamischen Rotornachbildung bezieht. Ziel des Prüfstandes ist dabei die Nachbildung des identischen mechanischen und elektrischen Verhaltens einer baugleichen Freifeldanlage in einer sicheren Laborumgebung. Die neu entwickelte Regelung der Transversalflussmaschine besteht aus einer dynamischen Kompensationsregelung in Kombination mit einer adaptiven Online-Parameteridentifikation und einer speziell für dieses Regelungskonzept entwickelten Sollstrombestimmung. Durch das neu entwickelte Regelungskonzept kann das resultierende dynamische Verhalten der Transversalflussmaschine vollständig durch eine einstellbare Zeitkonstante vorgegeben werden. Die nicht-konstanten Modellparameter, insbesondere die Stranginduktivität, können mit dem entwickelten Regelungskonzept auf eine Arbeitspunktabhängigkeit zurückgeführt und durch die adaptiven Parameteridentifikation im Betrieb bestimmt werden. Vorherige Parametersimulationen zur Reglerauslegung durch umfangreiche 3D-FEM Simulationen können so vermieden werden. Der Gondelversuchsstand sowie die dynamische Kompensationsregelung werden vorgestellt, anhand von Simulationen untersucht und abschließend anhand von Messungen am Prüfstand verifiziert.
    Dissertation
      252  286