VL12 Systemintegration

• Wechselstrom mit Netzfrequenz 50Hz

• Erzeuger synchron verschaltet

  (gleiche Frequenz, gleiche Phasenlage)

Der Kapazitätsfaktor (%) berechnet sich aus dem Jahresenergieertrag in kWh geteilt durch das Produkt aus Nennleistung der Windenergieanlage in Kilowatt und die 8.760 Stunden des Jahres.

Der Kapazitätsfaktor wurde eingeführt, um verschiedene Standorte schnell einordnen zu können.

windreicheren Standorten um 30 %, max 47 %

windärmeren Standorten bei ca. 18 %

Primärregelleistung:

wird zur schnellen Stabilisierung des Netzes innerhalb von 30 Sekunden benötigt

Sekundärregelleistung:

energetischer Ausgleich der Regelzone und Frequenzregelung innerhalb von 5 Minuten

Minutenreserveleistung:

wirtschaftliche Optimierung innerhalb von 15 Minuten (z.B.: Kaltstart von Gasturbinen, Nachfragesteuerung, Virtuelle Kraftwerke,(EEG-Anlagen))

Virtuelle Kraftwerke koordinieren und steuern dezentrale Erzeugungseinheiten

• statisch:System kehrt nach kleiner Störung in den stationären Ausgangszustand zurück

• dynamisch: Nach größeren Störungen wird durch transiente und dynamische Ausgleichsvorgänge der stabile Betriebspunkt wiedererlangt

• Technische Möglichkeiten

  • Ausreichend stark dimensionierte

    Leitungen

  • Regelbare Transformatoren

  • Einrichtung von Blindstromkompensation

• Möglichkeiten im Betrieb

  • Steuerung der Blindleistungseinspeisung von Kraftwerken

  • Steuerbare Anlagen zur Blindleistungskompensation

  • Schaltung von Teilnetzen zur Stabilisierung

  • Redispatch (Änderung der Fahrpläne von Großkraftwerken)

verrichtet physikalisch gesehen keine Arbeit, wird aber zum Auf- und Abbau des Magnetfedes benötigt

Netze müssen für Scheinleistung, d.h., die geometrische Summe aus Wirk- und Blindleistung ausgelegt werden.

Auch die ohmschen Verluste beim Energietransport entstehen auf Grundlage der Scheinleistung, zusätzliche Blindleistung führt daher zu größeren Transportverlusten.

Herausforderung: Blindleistung auf dem richtigen Niveau halten

• zu niedrig: Spannung sinkt und Stromfluss wird gestört

• zu hoch: weniger freie Kapazität für nutzbare Wirkleistung

→ Kompensationsanlagen in Form von Phasenschiebern, Spulen (induktiv) und Kondensatoren (kapazitiv) ein, um nach Bedarf Blindleistung zu verbrauchen oder zu erzeugen

• Windenergieanlage als Blindleistungsquelle

• Potenzialdifferenzen zwischen z. B. Leitungssträngen (vgl. Kondensator)

• Tritt nur bei Wechselstrom auf (frequenzabhängig)

• Strom eilt Spannung voraus (Phasenverschiebung)

• Elektrische Ströme erzeugen um sich herum ein Magnetfeld (vgl. Spule)

• Widerstandswert frequenzabhängig

• Spannung eilt Strom voraus (Phasenverschiebung)

Umrichter als WEA-Komponente zur Systemstabilisierung

Aufgaben:

• Drehzahlvariabilität

• Einspeisung bei Netzfrequenz

• Einspeisung bei Netzspannung

• Bereitstellung von Systemdienstleistungen (Blindleistungsbereitstellung & Virtuelle Schwungmasse)

DFIG = Doubly Fed Induction Generator = Doppelt gespeister Asynchrongenerator

Der Stator ist direkt mit dem Netz verbunden.

Der Rotor ist über einen Umrichter mit dem Netz verbunden.

Umrichterleistung bei ca 30% der Nennleistung

Stellt Blindleistung direkt bereit (ohne netzseitigen

Umrichter)

Hohe Effizienz, aber wartungsintensiv

PMSG = Permanent Magnet Synchronous Generator

= Permanentmagnet-Synchrongenerator

Netzseitiger Umrichter stellt Blindleistung über Phasenversatz bereit

Höhere Materialkosten und politische Abhängigkeit (Permanentmagnete), aber weniger wartungsintensiv

Aktive Netzstützung bei Unterspannung (Low Voltage Ride Through (LVRT))

• Durchfahren von Spannungseinbrüchen

• Sofortiges Einspeisen nach Fehlerklärung

• Definierten Kurzschlussstrom zur Verfügung stellen

LVRT bedeutet, dass eine Windkraftanlage einen kurzzeitigen Netzspannungseinbruch „durchreiten“ kann, ohne sich sofort vom Netz zu trennen. Dadurch verhindert man, dass bei einem Netzfehler große Erzeugungsleistungen gleichzeitig ausfallen, und die Anlage kann währenddessen zur Netz- bzw. Spannungsstützung beitragen.

Spannungsschwankungen in Stromnetzen die zu subjektiv visuell wahrnehmbaren Leuchtdichteschwankungen bei z.B. Glühlampen führen können

• Ursache an der WEA: periodische Leistungsschwankungen mit der Blattdurchgangsfrequenz, die durch Turmschatten- bzw. Turmstaueffekt, entstehen können