Nachbildung einer Windenergieanlage mit dem Programm EMTP-AMTP zur Untersuchung des transienten Verhaltens im Netzbetrieb

Diplomarbeit , 2002 , 74 Seiten , Note: 1,0

Elektrotechnik

Die Simulationstechnik hat in den letzten Jahren an Bedeutung gewonnen. Durch wachsende Leistungsfähigkeit der Rechner und der Software sind präzise Vorhersagen verschiedenster Abläufe möglich. Sind die physikalischen Zusammenhänge bekannt und ist ein System mathematisch erfassbar, so kann sein Verhalten berechnet werden.

Die Möglichkeit durch eine Simulation vorherzusagen, was unter welchen Umständen geschehen wird, bietet eine Vielzahl von Vorteilen. Ist einmal ein zuverlässiges Modell zu einem technischen System erstellt, können Simulationen aufwendige und somit kostspielige Messungen ersetzen. Wird ein neu entwickeltes Objekt in seinem Verhalten simuliert, lassen sich Fehler und Probleme erkennen noch bevor ein Prototyp gebaut wurde. Die Liste der Vorzüge ließe sich weit fortsetzen.

Auch auf dem innovativen Markt der regenerativen Energieerzeugung existiert eine Vielzahl von Simulationsprogrammen, welche die Auslegung von Photovoltaikanlagen, Blockheizkraftwerken und Windenergieanlagen vereinfachen.

In dieser Arbeit soll versucht werden, ein grundlegendes Simulationsmodell zur Bestimmung des elektrischen Verhaltens einer Windkraftanlage zu erstellen. Zu diesem Zweck wird das Programm ATP-EMTP verwendet. Die prinzipielle Funktion einer ausgewählten Windkraftanlage wird dargelegt, und die grundlegende Handhabung des Simulationsprogramms wird erklärt. Einzelne Systemkomponenten werden nachgebildet, getestet und zusammengefügt. Es wird eine Windenergieanlage verwendet, die mit einem doppeltgespeisten Asynchronmotor arbeitet. Da Messdaten zu dieser Anlage vorhanden sind, kann das so erstellte Modell auf seine Funktion getestet werden. Die simulierten Daten können mit der Realität verglichen und bewertet werden. Weiterführende Möglichkeiten zur Erweiterung und Verbesserung des entstandenen Modells werden aufgezeigt und diskutiert.

Inhaltsverzeichnis

• Einleitung
• Energie aus dem Wind
  • Das Generatorsystem
  • Grundlagen und Funktion der Systemkomponenten
    • Aufbau und Wirkungsweise der Asynchronmaschine
    • Doppeltgespeiste Asynchronmaschine
    • Umrichter mit Spannungszwischenkreis
• Das Simulationsprogramm
  • EMTP/ATP
  • Zusätzliche Programme
    • ATPDraw- Graphischer Preprozessor ATP
    • ATP CONTROL CENTER – Navigationszentrale für ATP
    • Der PFE Editor
    • Plot XY
• Nachbildung von Asynchronmaschinen
  • Das Universal Maschinen-Modell
    • Einschränkungen
    • Rahmenbedingungen
  • Das d-q-0 System
  • Das mechanische System
  • Die Schnittstelle zwischen der Maschine und dem Netzwerk
  • Eingabegrößen im UM Modell
    • Eingabedaten
    • Datenausgabe
  • Initialisierung der U.M.- Asynchronmaschine
    • Hinweise zur automatischen Initialisierung
• Parksche Transformation
  • Prinzipielle Vorgehensweise
  • Übertragung in das d-q-0 System
• Realisierung eines U- Umrichters in ATP Draw
  • Einzelne Kommmutierungsgruppen
    • Netzseitige Kommmutierungsgruppe
    • Generatorseitige Kommmutierungsgruppe
  • Der vollständige Umrichter
• Das Modell eines 1,5-MW-Windgenerators
  • Simulation mit offenen Läuferklemmen
  • Simulation mit kurzgeschlossenen Läufer
• Das Modell der doppeltgespeisten ASM
  • Ermittlung der Rotorspannung
  • Vergleich der Simulation mit Messdaten
    • Die Ständerströme
    • Die Rotorströme
    • Die Rotorspannungen
    • Leistungsbetrachtungen
  • Betrieb mit Stromrichter
• Ausblicke
  • Mögliche weiterführende Schritte
    • Entwicklung eines Stromrichtermodells
    • Verwendung eines Transformators
    • Netzanbindung
• Zusammenfassung
• Literaturverzeichnis

Zielsetzung und Themenschwerpunkte

Die Diplomarbeit zielt darauf ab, ein grundlegendes Simulationsmodell zur Bestimmung des elektrischen Verhaltens einer Windkraftanlage mit dem Programm ATP-EMTP zu erstellen. Die Arbeit befasst sich mit der Nachbildung einer Windkraftanlage, die mit einem doppeltgespeisten Asynchronmotor arbeitet.

• Nachbildung einer Windkraftanlage mit ATP-EMTP
• Simulation des elektrischen Verhaltens
• Einsatz eines doppeltgespeisten Asynchronmotors
• Vergleich von Simulationsergebnissen mit Messdaten
• Entwicklung eines grundlegenden Simulationsmodells

Zusammenfassung der Kapitel

Die Einleitung führt in die Thematik der Simulationstechnik und deren Bedeutung im Bereich der regenerativen Energieerzeugung ein. Sie erläutert die Zielsetzung der Arbeit und stellt die verwendete Windkraftanlage mit einem doppeltgespeisten Asynchronmotor vor.

Kapitel 1 befasst sich mit der Energiegewinnung aus Windkraft. Es werden das Generatorsystem und die grundlegenden Funktionsweisen der Systemkomponenten, wie die Asynchronmaschine, die doppeltgespeiste Asynchronmaschine und der Umrichter mit Spannungszwischenkreis, erläutert.

Kapitel 2 stellt das Simulationsprogramm ATP-EMTP und seine zusätzlichen Programme, wie ATPDraw, ATP CONTROL CENTER, den PFE Editor und Plot XY, vor.

Kapitel 3 behandelt die Nachbildung von Asynchronmaschinen im Simulationsprogramm. Es werden das Universal Maschinen-Modell, das d-q-0 System, das mechanische System und die Schnittstelle zwischen der Maschine und dem Netzwerk erläutert.

Kapitel 4 beschreibt die Parksche Transformation, ein Verfahren zur Übertragung von Größen in das d-q-0 System.

Kapitel 5 zeigt die Realisierung eines U-Umrichters in ATP Draw, inklusive der einzelnen Kommmutierungsgruppen und des vollständigen Umrichters.

Kapitel 6 präsentiert das Modell eines 1,5-MW-Windgenerators und simuliert dessen Verhalten mit offenen Läuferklemmen und kurzgeschlossenen Läufer.

Kapitel 7 befasst sich mit dem Modell der doppeltgespeisten Asynchronmaschine. Es werden die Ermittlung der Rotorspannung, der Vergleich der Simulation mit Messdaten und der Betrieb mit Stromrichter behandelt.

Kapitel 8 gibt einen Ausblick auf mögliche weiterführende Schritte, wie die Entwicklung eines Stromrichtermodells, die Verwendung eines Transformators und die Netzanbindung.

Schlüsselwörter

Die Schlüsselwörter und Schwerpunktthemen des Textes umfassen die Windenergieanlage, die Simulation, das Programm ATP-EMTP, die Asynchronmaschine, die doppeltgespeiste Asynchronmaschine, der Umrichter, die Parksche Transformation und die Nachbildung von Systemkomponenten. Die Arbeit befasst sich mit der Modellierung und Simulation des elektrischen Verhaltens einer Windkraftanlage, wobei ein besonderes Augenmerk auf die Nachbildung der einzelnen Systemkomponenten und deren Zusammenspiel gelegt wird.

• Hochschule: Hochschule Osnabrück
• Note: 1,0
• Autor: Dipl.-Ing.(FH) Mark Mittelgöker (Autor:in)
• Erscheinungsjahr: 2002
• Seiten: 74
• Katalognummer: V113138
• ISBN (eBook): 9783640136568
• ISBN (Buch): 9783640136988
• Sprache: Deutsch
• Schlagworte: Nachbildung, Windenergieanlage, Programm, EMTP-AMTP, Untersuchung, Verhaltens, Netzbetrieb