Dipl.-Ing. Friedrich W. Koch :

Simulation und Analyse der dynamischen Wechselwirkung von Windenergieanlagen mit dem Elektroenergiesystem

Dissertation angenommen durch: Universität Duisburg-Essen, Campus Duisburg, Fakultät für Ingenieurwissenschaften, Abteilung Elektrotechnik und Informationstechnik, 2005-09-19

BetreuerIn: Univ. Prof. Dr.-Ing. habil. István Erlich , Universität Duisburg-Essen, Campus Duisburg, Fakultät für Ingenieurwissenschaften, Abteilung Elektrotechnik und Informationstechnik, FG Elektrische Anlagen und Netze

GutachterIn: Univ. Prof. Dr.-Ing. habil. István Erlich , Universität Duisburg-Essen, Campus Duisburg, Fakultät für Ingenieurwissenschaften, Abteilung Elektrotechnik und Informationstechnik, FG Elektrische Anlagen und Netze
GutachterIn: Univ. Prof. Dr.-Ing. habil. Zbigniew A. Styczynski , Otto-von-Guericke-Universität Magdeburg, Fakultät für Elektrotechnik und Informationstechnik, Institut für Elektrische Energiesysteme IESY

Schlüsselwörter in Deutsch: Windenergieanlage, Windpark, drehzahlvariabler Generator, Asynchronmaschine, doppelt gespeiste Asynchronmaschine, Dynamik, Simulation, Regelungssystem
Schlüsselwörter in Englisch: Wind Power Generation, Wind Farm, Variable Speed Drives, Induction Machine, Doubly-Fed Induction Machine, Power System Modelling, Control Systems, Dynamics, Stability, Wake Effect

  
   
 Klassifikation     
    Sachgruppe der DNB: 620 Ingenieurwissenschaften
  
   
 Abstrakt     
   

Abstrakt in Deutsch

 In der Vergangenheit wurden Windenergieanlagen (WEA) vorrangig vereinzelt errichtet und auf Grund ihrer Leistungsgröße ans Mittelspannungsnetz angeschlossen. Gegenwärtig ist jedoch die Tendenz zu beobachten, dass WEA in Windparks mit konzentrierten Leistungseinspeisungen in das Hochspannungsnetz realisiert werden. Diese konzentrierten Leistungseinspeisungen werden letztendlich zu veränderten Anforderungen an den Betrieb von WEA durch die Übertragungsnetzbetreiber führen und sich nicht auf die in der Vergangenheit üblichen Forderung nach direkter Trennung bei netzseitigen Havariesituationen beschränken. Eines der Ziele dieser Dissertation war die Quantifizierung der Auswirkungen von neuen technischen Anforderungen an die Windenergienutzung auf das dynamische Verhalten von Elektroenergiesystemen (EES). Im Speziellen werden die Auswirkungen von unterschiedlichen Regelungskonzepten der WEA auf die Netzdynamik simuliert. Ein weiteres Ziel war auch die Untersuchung der Auswirkungen der Windenergie auf die Größen Frequenz und Spannung unter normalen Betriebsbedingungen. Die räumliche Nähe der WEA innerhalb eines Windparks (WP) bewirken zusätzliche aerodynamische Effekte, die sich schließlich in einer windgeschwindigkeits- und windrichtungsabhängigen Minderung der Einspeiseleistung äußern und somit die Interaktionen zwischen WP und übergeordnetem Hochspannungsnetz beeinflussen. Drittes Ziel dieser Arbeit war somit die Quantifizierung dieser Windgeschwindigkeitsreduktion in den Nachlaufströmungen der einzelnen WEA und schließlich die sich daraus ergebenden Auswirkungen auf die Gesamtleistungseinspeisung des WP ins EES.

Abstrakt in Englisch

 First, the impact of new technical requirements for wind turbines on the dynamical behaviour of the power system was quantified. Especially the impact of different control systems of wind turbines on the power system dynamic were simulated and quantified. Secondly, the influences of the wind energy on frequency and voltage under steady state conditions were investigated. Wind generators generate electricity by tapping into the energy in the wind. Consequently, the turbine positioned upstream in the wind direction influences the wind speed at turbine locations on its downwind side. This shadowing effect from upstream turbines on other turbines further downstream is referred to as the wake effect and its impact on the output power of the wind farm was the final investigation.