Windenergie simulieren

Windkraftanlagen mit AC-Netzteilen simulieren

Den regenerativen/erneuerbaren Energien gehört die Zukunft. Neben Wasserkraft, Solarenergie, Energie aus Biomasse, Gezeitenenergie, geothermischer Energie und anderen spielt die Windenergie dabei eine große Rolle. Wind ist die Luftbewegung in der Atmosphäre der Erde, die durch die ungleichmäßige Erwärmung der Erdoberfläche aufgrund der Sonneneinstrahlung entsteht, was zu einer ungleichmäßigen Druckverteilung in der Atmosphäre führt und die Luft in horizontaler Richtung bewegt. Windenergie ist also letztlich auch eine Form der Sonnenenergie.

Nach dem ähnlichen Prinzip wie Wasserkraftanlagen wandeln Windkraftanlagen (WKA) oder Windenergieanlage (WEA) die Bewegungsenergie des Windes mit Hilfe eines Generators in elektrische Energie um. Diese wird in das Stromnetz eingespeist. Auch wenn "Windräder" ein großes Streitthema sind, so hat sich aktuell doch diese Bauform durchgesetzt, wobei an anderen Prinzipien geforscht und entwickelt wird.

Der Windpark ist das Kernstück der Windenergie-Erzeugung. Der elektrische Teil des Windparks besteht aus einem primären und einem sekundären Teil. Das elektrische Primärsystem des Windparks kann in vier Hauptteile unterteilt werden:

• Windturbine,
• Sammelsystem,
• Booster-Station und
• Kraftwerkssystem.

Die Ausgangsspannung des Hauptwindgenerators im Windpark selbst beträgt 690 V, die durch den Box-Booster-Transformator auf 10 kV oder 35 kV erhöht und dann durch den Haupttransformator auf 110 kV oder 220 kV gesteigert wird, um dann über die Hochspannungsfreileitung an das Netz angeschlossen zu werden.

Wie in allen Bereichen der Technik muss auch hier getestet werden - sowohl die Windkraftanlage als auch ihre Peripherie. Und eine reproduzierbare Testumgebung erfordert immer die Simulation bestimmter Komponenten, so zum Beispiel der Windkraftanlage selbst. Hersteller in der Windenergiebranche benötigen AC-Netzteile mit einem Ausgang von 690 V_eff und umfangreichen programmierbaren Funktionen, um die Leistung von Windkraftanlagen zu simulieren. Die meisten auf dem Markt erhältlichen programmierbaren AC-Netzteile haben einen Ausgang von ca. AC 300 V_eff, der diese Prüfanforderungen nur schwer erfüllen kann.

Mit der Serie ▸IT7800 bietet der Hersteller ITECH programmierbare AC/DC-Hochleistungsnetzteile mit Spannungsbereichen bis 350 V (L-N) und 500 V (L-N). Die Geräte der ▸IT7800-Serie bietet mehrere Ausgangsbetriebsarten wie einphasig, dreiphasig und gegenphasig, die vom Benutzer über das Bedienfeldmenü ausgewählt werden können. Durch Programmierung können sie dreiphasige Unsymmetrie, dreiphasige harmonische Unsymmetrie, Phasenmangelprüfung, Phasenumkehr und andere Prüfungen simulieren. So decken die flexiblen Geräte viele Anwendungen ab. Durch den invertierenden Modus können sie eine Multiplikatorspannung bis 700 oder 1000 VAC_eff Phasenspannung ausgeben, was die Anforderungen von Windenergieanlagen und anderen Hochspannungstests ohne Serienschaltung erfüllt.

Abbildung 1: Gemessenes Signal des ▸IT7800 bei 700 V_eff

Abbildung 2 Schematische Darstellung des dreiphasigen ▸IT7800-Ausgangs

Die ▸IT7800-Serie bietet eine hohe Leistungsdichte bis 15 kVA in einem kompakten 3-HE-Rack, eine Leistung bis 960 kVA bei paralleler Konfiguration von Master und Slave, eine Ausgangsfrequenz bis 2400 Hz und eine Simulation und Analyse von bis zu 50 Oberschwingungen. Mit einem einzigen Gerät können 1 bis 3 Prüflinge gleichzeitig geprüft werden. Die ▸IT7800-Serie kann eine beliebige Signalform simulieren, unterstützt den Import von csv-Dateien und verfügt über eine AC-Mess- und Analysefunktionen. Sie kann in verschiedenen Phasen von Forschung und Entwicklung bis Produktion und Qualitätsprüfung eingesetzt werden, in vielen Bereichen wie dezentraler Energie, Smart Grid und neuer Energie.

(Nach Unterlagen von ITECH.
Großes Bild oben Hintergrund: Image by Alexander Droeger from Pixabay.)