Windkraftanlagen Im Netzbetrieb

ISBN-13: 9783519061717 / Niemiecki / Miękka / 1994 / 172 str.

Siegfried Heier

Opis

Die Energieversorgung wird langfristig nur unter Einbindung erneuerbarer Res sourcen okologisch vertraglich gesichert werden konnen. Bei der Nutzung regene rativer Energien ist neben der bereits etablierten Wasserkraft die Windkraft tech nisch am weitesten vorangeschritten und dem wirtschaftlichen Durchbruch am nachsten. Ihr Einsatz wird sich - von wenigen Ausnahmen abgesehen - auf Elek trizitatsversorgungen konzentrieren. Eine zunehmend flachendeckende Einbindung von Windenergieanlagen in bereits gegebene oder neu aufzubauende Versorgungs strukturen wird in windreichen Gebieten in erhohtem Masse Integrationsprobleme aufwerfen und verstarkt verhaltensorientierte Anforderungen an Gesamtsysteme stellen. Fur die Losung dieser Aufgaben sind Kenntnisse sowohl uber Anlagende tails als auch uber das Zusammenspiel der Komponenten bzw. deren gegenseitige Beeinflussungen von grosser Bedeutung. Von der Windturbine ausgehend wird uber das mechanisch-elektrische Energie wandlersystem bis zur Energieubergabe die Verhaltensweise der Komponenten im Hinblick auf ihr Zusammenwirken dargestellt. Daruber hinaus werden Moglichkei ten zur Nachbildung von Teilsystemen aufgezeigt, die es erlauben, in interessieren den Betriebsbereichen wie Teillast, Nennzustand, Kurzschluss o.a. mit Hilfe erheblicher Vereinfachungen und Abschatzungen wirklichkeitsnahe Ergebnisse zu erhalten. Turbinenseitig bilden die Antriebsmomentbestimmung uber ein geschlossenes Rechenverfahren und Eingriffe zur Leistungsregulierung mit den dabei auftretenden Momenten einen Schwerpunkt. Bei der mechanisch-elektrischen Energiewandlung beschranken sich die Betrach tungen auf wesentliche Betriebsbereiche sowie auf statische und dynamische Drehmomente von Asynchron- und Synchrongeneratoren. Sie werden soweit moglich mit Messungen belegt. Hinweisen zu Auslegungsaspekten fur Asynchron generatoren liegen umfangreiche Messreihen von ausgewahlten Maschinen zugrun de. Nicht einbezogen werden drehzahlvariable Generatorkonzeptionen wie

Spis treści

1 Einleitung.- 2 System zur Windenergiewandlung.- 2.1 Antriebsmoment am Windrad.- 2.1.1 Ein- und Ausgangsgrößen einer Windturbine.- 2.1.2 Leistungsentzug aus der Luftströmung.- 2.1.3 Leistungs- bzw. Antriebsmomentbestimmung nach der Blattelementmethode.- 2.1.4 Vereinfachung des Rechenverfahrens.- 2.2 Eingriffe an der Windturbine zur Leistungsregelung.- 2.2.1 Änderung der Durchströmfläche der Windturbine.- 2.2.2 Rotorblattverstellung.- 2.2.2.1 Momente am Rotorblatt.- 2.2.2.2 Struktur zur Rotorblattverstellung.- 2.2.2.3 Vereinfachte Struktur zur Rotorblattverstellung.- 2.2.3 Leistungsbegrenzung durch Stallbetrieb.- 2.2.4 Leistungsanpassung durch Drehzahleinstellung.- 2.3 Mechanischer Triebstrang.- 2.4 Windturbinen — Systemdaten.- 3 Mechanisch-elektrische Energiewandlung durch Generatoren.- 3.1 Randbedingungen und Anforderungen zum Generatoreinsatz.- 3.2 Energiewandlersysteme.- 3.3 Betriebsbereiche von Asynchron- und Synchrongeneratoren.- 3.4 Stationäre und dynamische Drehmomente auf der Generatorseite.- 3.4.1 Stationäre Drehmomente.- 3.4.1.1 Asynchronmaschinen.- 3.4.1.2 Synchronmaschinen.- 3.4.1.3 Generatoren mit Stromrichterkopplung.- 3.4.1.4 Generator- und Windturbinenmomente.- 3.4.2 Dynamische Drehmomente.- 3.4.2.1 Einschaltvorgänge.- 3.4.2.2 Generatorkurzschluß.- 3.4.2.3 Netzstörfälle.- 3.5 Nachbildung von Generatoren.- 3.5.1 Synchronmaschinen.- 3.5.2 Asynchronmaschinen.- 3.6 Auslegungsaspekte für Asynchrongeneratoren.- 4 Elektrische Energieübergabe an Versorgungsnetze.- 4.1 Netzschutz.- 4.1.1 Sicherungen und Netztrennung.- 4.1.2 Kurzschlußleistung.- 4.1.3 Isolierter Betrieb und Kurzunterbrechungen.- 4.1.4 Überspannungen bei Netzfehlern.- 4.2 Netzeinwirkungen.- 4.2.1 Allgemeine Verträglichkeit und Störungen.- 4.2.2 Leistungsvariationen.- 4.2.3 Spannungsunsymmetrien und Spannungsschwankungen.- 4.2.4 Oberschwingungen und Zwischenharmonische.- 4.3 Resonanzerscheinungen im Netzsystem bei Normalbetrieb.- 4.4 Netzregelung.- 5 Regelung von Windkraftanlagen.- 5.1 Inselbetrieb als Vorbetrachtung zum Verhalten an leistungsschwachen oder stark ausgelasteten Netzen.- 5.2 Netzbetrieb.- 6 Zusammenfassung.- Literatur.- Verzeichnis der verwendeten Formelzeichen.