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