Regelung von Windenergieanlagen als fiktives Turbinen-Generator-System
Zusammenfassung der Projektergebnisse
Der Ausbau erneuerbarer Energien wird stetig vorangetrieben. Entscheidend dabei ist aber nicht nur wie viele Windparks errichtet werden, sondern genauso wichtig ist auch wie sich jede einzelne Windenergieanlage vom Stromnetz betrachtet verhält. Noch sind es die großen Dampfkraftwerke, die die Funktionen für die Netzregelung übernehmen und mit ihrer Schwungmasse des Turbinen-Generator-Satzes eine wichtige Speicherfunktion, die Momentanreserve, erfüllen. Wenn immer mehr Windenergieanlagen errichtet werden, um damit konventionelle Dampfkraftwerke zu ersetzen, ist es naheliegend, dass die Funktionen von den Dampfkraftwerken auf die dafür aufgestellten Windenergieanlagen übertragen werden müssen, damit ein gewisses Maß an Kraftwerksdienstleistungen, wie die Primärregelung und die Bereitstellung einer Momentanreserve, auch weiterhin für die Regelung des Stromnetzes zur Verfügung steht. Zu diesem Zweck ist hier ein neues Verfahren vorgeschlagen und zunächst in Simulation untersucht worden, dass durch eine Änderung der heutigen Betriebsführung das Verhalten von einem konventionellen Dampfkraftwerk auf eine Windenergieanlage mit Vollumrichter überträgt. Somit können auf Netzstatiken basierende Regelungskonzepte eingesetzt und die Bereitstellung einer Momentanreserve verfügbar gemacht werden. An dieser Stelle ist ein grundlegender Unterschied zu den konventionellen Anlagenbetriebsführungen entwickelt worden: Die Regelung der Zwischenkreisspannung erfolgt nicht mehr über den netzseitigen, sondern über den generatorseitigen Wechselrichter mit Synchrongenerator und angeschlossenem Windrad. In Kombination mit der hier eingesetzten Regelung ist mit den Komponenten einer Windenergieanlage das Verhalten einer Turbine aus einem Dampfkraftwerk nachempfunden worden. Als Stellglied wird der Pitchwinkel in Analogie zum Frischdampfventil verwendet, um die zugeführte Leistung aus dem Wind zu steuern und durch Begrenzung eine Primärregelreserve nach den Vorgaben der ENTSO-E zu jedem Zeitpunkt vorzuhalten. Der netzseitige Wechselrichter wird dann mit Hilfe eines fiktiven Synchrongenerators geregelt, wodurch der Stromverlauf dem dynamischen Verhalten eines Kraftwerkgenerators gleicht. Es ist hier notwendig gewesen eine Strombegrenzung zum Schutz der Leistungselektronik zu implementieren.
Projektbezogene Publikationen (Auswahl)
- Control of a wind power station with the strategy of a conventional power plant. IEEE EPQU 2011, 11th International Conference on Electrical Power Quality and Utilization, Lissabon, 2011
Orlik, B.; Schmidt, M.; Fein, F.
- Changing behaviour of a wind power station to a steam power plant for damping grid oscillations and add primary control. PCIM Europe 2012, International Exhibition and Conference for Power Electronics, Intelligent Motion, Renewable Energy and Energy Management, Nürnberg, 2012
Orlik, B.; Schmidt, M.; Fein, F.
- Grid integration of a wind power station with control concept like in a steam power plant. Dewek 2012, 11th German Wind Energy Conference, Bremen, 2012
Schmidt, M.; Fein, F.; Orlik, B.
- A Paradigm Change in Wind Power Station Control through Emulation of Conventional Power Plant Behaviour. EPE’13 ECCE Europe, 15th European Conference on Power Electronics and Application, Lille, 2013
Fein, F.; Schmidt, M.; Groke, H.; Orlik, B.
- Transfer the behaviour of a steam power plant to a wind power station. ForWind-Jahresbericht 2012, Oldenburg, 2013
Schmidt, M.; Fein, F.; Orlik, B.
- Übertragung des Verhalten von Dampfkraftwerken auf Windenergieanlagen. Leistungselektronisches Kolloquium Nord, Magdeburg, 2013
Schmidt, M.; Orlik, B.
