Smart renewable Power Plant

Smart renewable Power Plant

Die installierte Leistung regenerativer, dezentraler Energiesysteme in Verteil- und Mikronetzen wächst stetig an. Die große Mehrheit dieser Anlagen erzeugt Gleichspannung bzw. Gleichstrom. Um dies im bestehenden Elektroenergiesystem nutzen zu können, müssen diese Anlagen über einen Umrichter in das Wechselspannungsnetz integriert werden. Die hierbei verwendete Leistungselektronik verursacht eine Abnahme der Trägheit und Spannungsqualität im Netz. Das Smart renewable Power Plant (SrPP) dient der Demonstration der Netzdienlichkeit eines kontrollierten Umrichtereinsatzes durch den Einsatz netzbildender Regelungen in Verbindung mit physischen und simulierten DC-Quellen. Hierzu wurde das SrPP in das Microgrid- und Energiespeicherlabor am Energiecampus Nürnberg AufAEG integriert.

Anwendungsgebiete des Smart renewable Power Plants

 

Aufbau des Smart renewable Power Plants

Aufbau des Smart renewable Power Plants

 

Der Versuchsaufbau wurde ursprünglich im Rahmen zweier Dissertationen am Lehrstuhl in Kooperation mit der Siemens AG entwickelt. Bei dem SrPP handelt es sich um einen Li-Ionen Batteriespeicher mit einem Nettospeichervermögen von 50 kWh, welcher über eine DC-Sammelschiene und zwei Umrichter an das Mikronetz angeschlossen wird. Bei den beiden Umrichtern handelt es sich um einen Modularen-Multilevel-Umrichter (MMC) mit integrierten Batteriespeichen in einer Phase und einen selbstgeführten 2-Level-Umrichter (2-Level VSC). Mit diesen Umrichtern können verschiedene Arten der Regelung von Mikronetzen in einem realen Umfeld entwickelt und getestet werden. Da erneuerbare Energien fast ausschließlich über 2-Level VSCs oder MMCs an das Netz angeschlossen werden, ist die Erforschung zuverlässiger Regelungsstrategien für das zukünftige Energiesystem essenziell. Zu den untersuchten Strategien zählen die netzfolgende und die netzbildende Regelung, sowie der Einfluss von virtuellen Impedanzen auf die Stabilität von Mikronetzen.

 

Komponenten des Versuchsaufbaus

2-Level Umrichter

  • Powerstack von SEMIKRON
    • Maximalleistung: 156 kVA
    • Stromtragfähigkeit: 180 A
    • Zwischenkreiskapazität: 1,7 mF
  • Umrichterdrossel
    • Induktivität: 650 μH
    • Nennstrom: 100A

Maximalleistung des gesamten Umrichteraufbaus: 70 kVA

  • Implementierte Regelungen:
    • Netzfolgend
    • Netzbildend
  • Schnittstellen Rack:
    • FPGA mit Lichtwellenleiter-I/O-Karten
    • PROFIBUS
    • CPU für Regelung und Steuerung
    • Zwei Spannungsmesskarten

 

5-Level MMC mit integrierten Li-Ionen-Batteriespeichern

  • 4 Submodule pro Zweig
  • In 3. Phase eine Li-Batterie pro Submodul in Zwischenkreis integriert
  • Maximalleistung: 25 kVA
  • Nettospeichervermögen: 3 kWh pro Batterie
  • Implementierte Regelungen:
    • Netzfolgend
    • Netzbildend
  • Schnittstellen-Rack:
    • FPGA mit LWL-I/O-Karten
    • CPU für Regelung und Steuerung

 

DC/DC-Steller

  • Zwei parallele PrimeSTACKs von Infineon
    • Hoch- und Tiefsetzstellerbetrieb möglich
    • 6 Halbbrücken mit Drosseln (112 mΩ, 5 mH)
    • Gesamteffektivstrom: 180 A
    • Maximalleistung: 126 kW
  • Batterie auf Hochsetzseite, DC-Schiene auf Tiefsetzseite angeschlossen
    • Batteriespannung muss immer größer als Spannung an der DC-Schiene sein
    • DC/DC-Steller regelt Spannung an DC-Schiene
  • Schnittstellen-Rack:
    • FPGA mit LWL-I/O-Karten
    • M43-Karte zur Ansteuerung der Schütze
    • CPU für Regelung und Steuerung

 

Li-Ionen-Batteriespeichersystem

  • Hersteller Saft Batterien GmbH
  • 25 Synerion 24M Module in Serie
  • Spannung:            700 V (geladen)

.                                    600 V (entladen)

  • Kapazität:             82 Ah
  • Maximale Ströme:
    • Laden:           82 A (bei 25 °C)
    • Entladen:      200 A (kontinuierlich)

                                    300 A (5 Sekunden-Peak)

  • Maximalleistung: 140 kW
  • Nettospeichervermögen: 50 kWh

Forschungskonzept und Inhalte

Forschungskonzept und Inhalte

Das SrPP dient der Erforschung des netzdienlichen Verhaltens von Umrichtern in Verbindung mit regenerativen Energiesystemen. In Verbindung mit dem Microgrid- und Energiespeicherlabor ENGiNe öffnet sich somit ein breites Spektrum für Untersuchungen:

  • Power Hardware-in-the-Loop (PHiL) Anwendungen:
    • DC und AC PHiL Simulationen
    • Integration des SrPP in Netzstudien
    • Virtuelle Erweiterung des SrPP um beliebige Anlagen
  • Virtuelles Kraftwerk:
    • Hybride AC/DC Systeme
    • Virtueller Kraftwerksbetrieb mit mehreren DC-Einspeisern
    • Verschiedene Umrichterregelungen
      • Netzfolgend
      • Netzbildend
      • Virtuelle Trägheit

 

Für eine Reihe spannender Forschungstätigkeiten rund um das Smart renewable Power Plant suchen wir regelmäßig Studierende für HiWi-Tätigkeiten, Abschlussarbeiten oder Forschungspraktika (Kontakt: Julian Richter).