WINDegration - Regelung und Management von Windparks zur Integration in Netzen geringer Massenträgheit unter Berücksichtigung der Wechselwirkungen der Einzelanlagen untereinander

• Antragsteller: Professor Dr.-Ing. Constantinos Sourkounis
• Fachliche Zuordnung: Elektrische Energiesysteme, Power Management, Leistungselektronik, elektrische Maschinen und Antriebe
• Förderung: Förderung seit 2022
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 501898183

Im Rahmen der Klima- und Energiepolitik der Europäischen Union wird der Zubau erneuerbarer Energiequellen im elektrischen Verbundsystem vorangetrieben, womit gleichzeitig ein Rückgang von konventionellen Kraftwerken am Netz einhergeht. Dies hat signifikante Auswirkungen auf die Netzstabilität, da diese Kraftwerke in bisherigen Mechanismen der Netzregelung durch die inhärente Bereitstellung von Momentanreserveleistung und die Vorhaltung von Primärregelleistung die Stabilisierung der Netzfrequenz sicherstellen. Durch die verringerte Anzahl entfällt somit sukzessive Rotationsmasse im Netz und die Anzahl der Teilnehmer an der Primärregelung wird reduziert. Ebenfalls betroffen ist die Spannungsstützung, da die Kraftwerke nicht mehr zur Einspeisung von Blindleistung beitragen. Um auch in Zukunft einen sicheren und robusten Betrieb des Verbundnetzes zu gewährleisten, müssen über Umrichter vom Netz entkoppelte Erzeugungseinheiten, allen voran Windparks, an der Bereitstellung von Netzdienstleistungen beteiligt werden. Da die Anlagen innerhalb der Parkstruktur miteinander interagieren, muss die Frequenz- und Spannungsstützung als gesamtheitliche Aufgabenstellung durch ein den Einzelanlagen übergeordnetes Windparkmanagement umgesetzt werden. Der Schwerpunkt dieses Projekts liegt daher auf der Entwicklung von fortgeschrittenen Windparkmanagement- und Regelungsverfahren, mit denen Windparks zur Unterstützung der Frequenz- und Spannungshaltung befähigt werden. Ziel ist hierbei die Realisierung eines Windparkmanagements mit „globaler Arbeitspunktoptimierung“, mit dem die übergeordneten Betriebsführungsziele maximaler Energieertrag und Bereitstellung von Netzdienstleistungen optimal zusammengeführt werden. Dabei werden zentrale Aspekte wie die Begrenzung der Belastungen der Teilkomponenten betrachtet, um damit die Lebensdauer, Wirtschaftlichkeit und Zuverlässigkeit von Windenergieanlagen zu erhöhen. Um eine vollständige Abbildung der Netzdynamik, der Interaktion der Umrichter untereinander und der elektrischen und mechanischen Resonanzstellen zu ermöglichen, wird eine ganzheitliche Nachbildung des Windparks mit den elektrischen, mechanischen als auch den aerodynamischen Querkopplungen durch 3D-Windmodelle durchgeführt. Die theoretischen Betrachtungen werden in einem zweistufigen Verfahren zunächst anhand von simulativen Untersuchungen und im Anschluss durch Laborversuche mittels einer Windparkinfrastruktur im Kleinmaßstab experimentell validiert. Ein übergreifendes Projektziel ist zudem der Wissenstransfer der Projektergebnisse in die Wissenschaft, Industrie und Lehre anhand von Veröffentlichungen, Workshops und ausgeweiteten Abschlussarbeits- und Praktikumsmöglichkeiten in der Lehre.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen