Promotionsstipendium: Dr. Amr Singer

Elektronisch kompensierte permanenterregte Synchrongeneratoren in getriebelosen Windkonvertern

Getriebeloser WindkonverterElektronisch kompensierte Permanenterregte Synchrongeneratoren in getriebelosen WindkonverternEine schnell wachsende Weltbevölkerung benötigt bei gewĂŒnschter Steigerung des Lebensstandards zunehmend mehr Energie. Diese muss mit dem Ziel einer nachhaltigen Entwicklung der Umwelt, sozial vertrĂ€glich, sowie kostengĂŒnstig bereitgestellt werden. Angesichts der in den letzten Jahrzehnten erheblich gestiegenen Dimensionen des globalen Energiesystems ist dieses Ziel zunehmend schwieriger zu erreichen. Deshalb werden die unterschiedlichen Optionen zur Nutzung regenerativer Energie durch die Regierungsseite vielfach unterstĂŒtzt . Windenergie bietet eine Möglichkeit.Problemdarstellung, BegrĂŒndung und ZielsetzungDie sich in Deutschland stĂŒrmisch entwickelnde Windbranche wird in Zukunft ein begrenztes Angebot an geeigneten Landstandorten, die sich aus ökonomischen und ökologischen Folgen begrĂŒnden, zur VerfĂŒgung haben. Ein Ausweg ist eine verstĂ€rkte Offshore-Aufstellung, da außerdem ein grĂ¶ĂŸerer Energieertrag mit Windkraftanlagen der MW-Klasse erzielt werden kann, aber dennoch eine Reihe schwerwiegender technischer Probleme mit sich zieht, wie:- Transport und Aufstellung der Anlagenkomponenten- Netzanbindung- Wartung und DiagnoseSchwer zugĂ€ngliche Standorte und hohe Wartungskosten zwingen zur Nutzung von extrem zuverlĂ€ssigen Betriebsmitteln, deshalb sind getriebelose, hochpolige Generatoren mit Permanenterregung, die sich durch Wartungsarmut, besseren Wirkungsgrad und geringeres Leistungsgewicht auszeichnen von Vorteil, obwohl sie höhere Investitionskosten verursachen und nur eine einfache Fundamentierung der Gesamtanlage benötigen. Es gilt zu ermitteln, welche Spannungsebenen und Netzarten bei Offshore Anwendungen infrage kommen, denn es wird eine lokale Offshore-Spannung von 24 kV vorausgesetzt, die vor Ort erzeugt werden muß. Geringere Verluste und eine höhere ZuverlĂ€ssigkeit werden durch eine fehlende Steuerung erzielt. Dennoch sind Nachteile durch den Permanenterregten Synchrongenerator im Drehzahlverhalten zu erwarten, da nur ein enger Drehzahlbereich eine vernĂŒnftige Drehmomentausbeute bietet. Es mĂŒssen Kompensationsmaßnahmen auch im Teillastbereich zur Betriebsverbesserung durch aktive Kompensationsfilter, bezĂŒglich ihrer erreichbaren Effekte, als auch des benötigten spannungsabhĂ€ngigen Zusatzaufwandes verglichen und bewertet werden. Das schließt die Entwicklung neuer bzw. modifizierter Schaltungen zur Kompensation ein.Die experimentellen Untersuchungen ergaben den bekannten Zusammenhang, dass die Leistung der Synchronmaschine mit dem Erregerstrom ansteigt. Zuerst erhöht sich der Wirkungsgrad bis zum Maximum fĂŒr den jeweiligen Erregerstrom, danach klingt er wieder mit zunehmender Belastung ab, weil der Spannungsabfall steigt und sich die Polradspannung verringert. Die Synchronmaschine hat die dritte und fĂŒnfte harmonische Komponente ohne Belastung. Im Belastungsfall steigen die harmonischen Komponenten im Ankerstrom und Ankerspannung an. Die harmonischen Komponenten mĂŒssen bei der Dimensionierung der Kompensationsschaltung berĂŒcksichtigt werden. Im Jahr 2004/2005 ErgĂ€nzung des 25KVA Versuchstandes mit elektronischer Kompensation ist eine Inbetriebnahme des dSPACE-Systems mit einfacher Raumzeigermodulation Steuerung, zur Ermittlung von Wirk- und Blindleistungsbilanzen geplant. Zur experimentellen Nachbildung der Turbinenfunktion wird ein bereits vorhandener Messaufbau, der auf einer Vor-Ort-Windmessung basiert, durch eine stromrichtergespeiste Gleichstrommaschine ersetzt, um Auswirkungen von normalen und kritischen Betriebs- und GrenzzustĂ€nden, wie Anfahren, Kurzschluss, Überdrehzahl und Grenzleistungsbetrieb auf Mechanik (Torsionsmomente, Stoßmomente, Anregung von Resonanzen) und Netz (Anlaufstrom, Überspannung) genaueren Betrachtungen zu betrachten.

AZ: 20003/483

Zeitraum

01.09.2003 - 31.08.2006

Institut

Technische UniversitÀt Chemnitz-Zwickau Elektrotechnisches Institut

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Betreuer

Prof. Dr. Wilfried Hofmann