System level multi-physics power hardware in the loop testing for wind energy converters

Helmedag, Alexander; Monti, Antonello (Thesis advisor); de Doncker, Rik W. (Thesis advisor)

1. Aufl.. - Aachen : E.ON Energy Research Center, RWTH Aachen University (2015, 2015)
Buch, Doktorarbeit

In: E.On Energy Research Center / ACS, Automation of Complex Power Systems 29
Seite(n)/Artikel-Nr.: VIII, 222 S. : Ill., graph. Darst.

Zugl.: Aachen, Techn. Hochsch., Diss., 2015

Kurzfassung

Die vorliegende Dissertation beschreibt die Entwicklung und den Aufbau eines 1-MWMulti-Physics Power Hardware in the Loop-Prüfstands zur Untersuchung von Windenergieanlangen-Gondeln, der an der RWTH Aachen realisiert wurde. Neben der Dokumentation des Aufbaus werden die Ergebnisse der Inbetriebnahme und der ersten Test-Phase aufgezeigt. Als Basis dieser Arbeit werden Grundlagen der Windenergie, geltende gesetzlichen Rahmenbedingungen, sowie aktuell relevante Technologien dargelegt, die in Windenergieanlagen zum Einsatz kommen. Außerdem wird der Wandel des elektrischen Netzes besprochen, der mit einem steigenden Anteil erneuerbarer Energiequellen einhergeht. Zu den daraus resultierende Problematiken werden darüberhinaus aktuell diskutierte Lösungsvorschläge aufgezeigt. Diese Arbeit beschäftigt sich mit den technischen Eigenschaften und den Vorteilen von Hardware in the Loop-Untersuchungen und legt den Schwerpunkt auf Multi-Physics Power Hardware in the Loop-Simulationen. Es werden die Zertifizierung sowie das Testen von Windenergieanlagen mit dem Fokus auf prüfstandsbasierte Gondel-Untersuchungen behandelt. Dazugehörige Schnittstellenlösungen werden beispielhaft dargelegt. Zum einen ist dies eine am Institut ACS entwickelte Schnittstelle zum Testen von elektrischen Betriebsmitteln im Haushalts-Leistungsbereich. Zum anderen werden die Problematiken dieser Schnittstellen für hohe Leistungen erörtert. Der 1-MW Prüfstand dient als Grundlage zur Beschreibung der in dieser Dissertation eingeführten Methoden sowie der Schilderung der am Aufbau umgesetzten elektrischen, mechanischen und Signal-Level Bereiche. Die Eigenschaften des vorliegenden Prüfstands werden bewertet und mit anderen ähnlichen Prüfständen verglichen. Eine experimentelle Verifizierung rundet die Dokumentierung des Prüfstands ab, um anschließend dessen resultierendes Verhalten zu analysieren. Die Ergebnisse der Dissertation dienen als Basis zur methodisch fundierten Untersuchung von Windenergieanlagen-Gondeln auf System-Prüfstanden. Insbesondere die umrichterbasierte Erzeugung von Spannungseinbrüchen inKombination mit einem Multi-Physics Power Hardware in the Loop-Prüfstand zeigen die Vorteile der Vorgehensweise. Es wurde belegt, dass Tests auf dem umgesetzten Prüfstand deterministisch, wiederholbar, zeit-invariant und hochlastfähig sind.

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