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 flexible Niederspannungslabor am Energiecampus Nürnberg AufAEG integriert.
Anwendungsgebiete des Smart renewable Power Plants
Aufbau des Smart renewable Power Plants
Der Versuchsaufbau wurde ursprünglich im Rahmen der Dissertationen von Herrn Dr.-Ing. Markus Schröder und Herrn Dr.-Ing. Stefan Henninger 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.
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
Das SrPP dient der Erforschung des netzdienlichen Verhaltens von Umrichtern in Verbindung mit regenerativen Energiesystemen. In Verbindung mit dem flexiblen Niederspannungslabor 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 Mikronetz- und Energiespeicherlabor suchen wir laufend Studierende für HiWi-Tätigkeiten, Abschlussarbeiten oder Forschungspraktika (Kontakt: Julian Richter).
Unterstützung im Mikronetz- und Hybridspeicherlabor ENGiNe
Das Aufgabengebiet umfasst u.a.:
Aufbau und Inbetriebnahme eines Power-Hardware-in-the-Loop-Systems zur Einbindung simulativer Anlagenbestandteile an das reale Mikronetz (z.B.: weitere Energiespeicher)
Praktische Tätigkeiten und Messungen an realen Netzkomponenten und Speichersystemen, Kontakt mit Herstellern, Recherchetätigkeiten, Planung und Auslegung von Laborkomponenten
Erweiterung der Mikronetz-Netzsteuerungslösung und Implementieren weiterer, für Mikronetze und Hybridspeicher relevante Funktionalitäten (Bsp. Speichermanagement)
Wünschenswerte Qualifikationen:
Selbstständige, sorgfältige und strukturierte Arbeitsweise
Kenntnisse in relevanten Programmiersprachen (z.B. Python, MATLAB, C, …)
Grundkenntnisse im Bereich der elektrischen Energieversorgung, Erneuerbare Energien und Energiespeicher
Stellenbeschreibung:
Voraussichtlicher Einstellungstermin: nach Vereinbarung
Mindestarbeitszeit sind 8 h/Woche
Anschließend (oder bei Bachelorarbeiten auch in Begleitung mit der HiWi-Tätigkeit) besteht die Möglichkeit einer Abschlussarbeit im Themenbereich Mikronetze und Speicher
Die Tätigkeit ist auf eine Mindestdauer von einem Jahr ausgelegt
