Midspeed-Generator für Windturbinen mit einer Hochtemperatursupraleiter-Wicklung im Rotor, Teilvorhaben: Netzanbindungskonzepte und deren Analyse für Midspeed-Generatoren mit HTS Rotorwicklung

Description: Das beantragte Gesamtvorhaben hat zum Ziel, einen Midspeed-Generator für die Verwendung in Windturbinen basierend auf einer Hoch-Stromdichte-Technologie mit Kupferwicklung im Stator und mit Hochtemperatursupraleiter-(HTS-)Technologie (HTS der zweiten Generation) im Rotor zu entwickeln, zu konstruieren, zu fertigen und auf einem Teststand zu charakterisieren. Wesentliches Ziel dieses Teilvorhabens sind die Topologieauswahl, Auslegung und Bewertung von Stromrichtern für die Anbindung des Generators an das elektrische Netz, wobei hier jeweils die konventionelle Anbindung an ein 50 Hz AC-Netz sowie die direkte Anbindung an ein DC-Netz untersucht werden. Ein zentrales Element des Teilvorhabens stellt hierbei die Entwicklung eines 'digitalen Zwillings' des Generator-Gleichrichter-Systems, die Implementierung dieses Modells auf einem Hardware-in-the-Loop (HIL) System sowie die Entwicklung und Validierung einer Generatorregelung mit dem Ziel maximaler Energieausbeute dar. Das zweite zentrale Element besteht in der Auswahl einer geeigneten Stromrichtertopologie zur Netzanbindung und dem Aufbau eines skalierten Demonstrators, welcher mit den Power-Hardware-in-the-Loop (PHIL) Prüfständen des ETI gekoppelt wird. Die PHIL Prüfstände emulieren hierbei zum einen modellbasiert das Klemmenverhalten des elektrischen Netzes und zum anderen das Klemmenverhalten des Generators, welches mittels des entwickelten Echtzeitmodells ('digitaler Zwilling') berechnet wird. Mit dem so entwickelten Aufbau können dann die auf der Umrichtersteuerung implementierten und echtzeitfähigen Regelungs- und Steuerverfahren für alle relevanten Betriebszustände getestet und validiert werden, bevor diese beim echten Generator genutzt werden. Durch die Kooperation mit den Projektpartnern erfolgt außerdem ein Wissenstransfer hinsichtlich der Modellbildung für auf HTS-Technologie basierenden Generatoren. Dieser Transfer wird nur durch das breite Spektrum der Teilnehmenden Projektpartner ermöglicht.

SupportProgram

Origins: /Bund/UBA/UFORDAT

Tags: Stromnetz ? Windkraftanlage ? Netzintegration ? Wissenstransfer ? Modellierung ? Digitaler Zwilling ? Rotor ? Energieertrag ?

Region: Baden-Württemberg

Bounding boxes: 9° .. 9° x 48.5° .. 48.5°

License: cc-by-nc-nd/4.0

Language: Deutsch

Organisations

• Bundesministerium für Wirtschaft und Energie (Finanzielle Förderung)
• CirComp GmbH (Mitwirkung)
• Karlsruher Institut für Technologie (Projektverantwortung)
• Nordex Energy SE & Co. KG (Mitwirkung)
• Umweltbundesamt (Bereitstellung)

Time ranges: 2023-10-01 - 2026-09-30

Alternatives

• Language: Englisch/English
  Title: Subproject: Grid connection concepts and their analysis for midspeed generators with HTS rotor winding
  Description: The aim of the overall project is to develop, design and manufacture a midspeed generator for use in wind turbines based on a high current density technology with copper winding in the stator and with high-temperature superconductor (HTS) technology (second generation HTS) in the rotor and to characterize it on a test stand. The main objective of this sub-project is the topology selection, design and evaluation of converters for the connection of the generator to the electrical grid, whereby the conventional connection to a 50 Hz AC grid as well as the direct connection to a DC grid are investigated. A central element of the subproject is the development of a 'digital twin' of the generator-rectifier system, the implementation of this model on a hardware-in-the-loop (HIL) system, and the development and validation of a generator control system with the goal of maximum energy efficiency. The second key element is the selection of a suitable power converter topology for grid interfacing and the construction of a scaled demonstrator, which will be coupled to ETI's power hardware-in-the-loop (PHIL) test benches. The PHIL test benches emulate the terminal behavior of the electrical grid on the one hand and the terminal behavior of the generator on the other hand, which is calculated using the developed real-time model ('digital twin'). The setup developed in this way can then be used to test and validate the real-time control methods implemented on the converter control system for all relevant operating states before they are used on the real generator. The cooperation with the project partners will also result in a transfer of knowledge with regard to modeling for generators based on HTS technology. This transfer is only made possible by the broad spectrum of participating project partners. https://ufordat.uba.de/UFORDAT/pages/PublicRedirect.aspx?TYP=PR&DSNR=1125256

Status

Aktiv

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