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Aktuelle Projekte


Konzepte zur sicheren Inbetriebnahme, erweiterten Nutzung und umfassenden Überwachung modularer Hochspannungs-Mehrpunktstromrichter



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KoMoM entwickelt Konzepte zur sicheren Inbetriebnahme, erweiterten Nutzung und umfassenden Überwachung modularer Hochspannungs-Mehrpunktstromrichter z.B. für ein Multiterminal-DC-Transportnetz. Dazu werden innovative Mess-, Analyse- und Regelungsverfahren mit moderner Rechnertechnik, leistungsfähigen programmierbaren Logikbausteinen und neuesten Zeitreihenmodellen verknüpft. Messungen unter Einbeziehung eines vorhandenen, derzeit einzigartigen, Multiterminal-DC-Transportnetz-Versuchsstandes dienen der Verifikation. Der Versuchsstand besteht aus vier Mehrpunktstromrichtern auf Basis von Vollbrückenmodulen in den Stromrichterzweigen und beherrscht DC-Kurzschlüsse im geregelten Betrieb. Er entstammt einem Projekt mit der Firma Amprion und emuliert die erste im Netzentwicklungsplan vorgesehene Hochspannungs-Gleichstrom-Übertragungsstrecke (HGÜ) „Ultranet“ (Amprion, TransnetBW).

Kurzschlussbeherrschung und -abschaltung im geregelten Betrieb erfordern hochgenaue DC-fähige Strommesstechnik auf Höchstspannungsniveau. Mess- und Regelungskonzepte hierfür werden im Projekt erarbeitet bzw. adaptiert.

Dynamische Wirk- und Blindleistungsstellung sowie Oberschwingungskompensation sind höchst relevante Netzdienstleistungen. Realisierungskonzepte, Möglichkeiten und Grenzen werden erarbeitet und erforscht. Auch die Interaktion von Stromrichtern und deren Regelung ist für stabilen Betrieb entscheidend. Das Projekt erarbeitet Beschreibungen für Stromrichter in unterschiedlichen Spannungsebenen, kombiniert diese mit einer geeigneten stromrichternahen Regelung und einer Anlagencharakteristik und leitet daraus Möglichkeiten und Grenzen des Zusammenspiels von Stromrichtern im Netz ab.

Die komplexe Stromrichtertopologie und die herausfordernde Mess- und Regelungstechnik stellen höchste Anforderungen an Inbetriebnahmekonzepte – heutige Methoden sind nicht wirtschaftlich und risikoreich. Erweiterte, spezielle Hardware-In-The-Loop (HIL)-Verfahren zur Vorabverifikation werden erarbeitet.

Die Komplexität drückt sich auch in einer Vielzahl von Messgrößen aus: An realen Anlagen fallen mehrere tausend Messdaten mehrere hundert Mal pro Sekunde an und sind zu bewerten. Dieses „Big Data“-Problem wird mit Blick auf Zustandsmonitoring und Ereignisarchivierung durch eine neuartige Ausrichtung aktueller Methoden der Zeitreihenanalyse angegangen.

Projektabschluss: 09/2020

Weitere Informationen

Ansprechpartner: M.Sc. Thomas Stoetzel
Kontakt: office@enesys.rub.de

Foerderung

Smart Windpark Laboratory

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Mit dem Klimaschutzabkommen von Paris 2015 hat die Bundesregierung Deutschland die globalen Herausforderungen des Klimawandels anerkannt und sich unter anderem zu einer Dekarbonisierung der Energiebereitstellung verpflichtet, die nur durch die Nutzung Erneuerbarer Energien nachhaltig erreichbar sind. Aufgrund des bisher erreichten technologischen Entwicklungsstands stellt die Windenergie eine der vielversprechendsten Technologien dar, um einen nachhaltigen Beitrag zur Lösung der gesellschaftlichen Herausforderungen des Klimaschutzes und der sicheren Energiebereitstellung zu leisten.

Unter der Leitung von Prof. Dr.-Ing. Sourkounis wird im Rahmen dieses Forschungsvorhabens die erste Phase einer Forschungsinfrastruktur „Smart Windpark Laboratory“ (SWiPLab) konzipiert, aufgebaut und getestet, mit dem primären Ziel neue Untersuchungsmöglichkeiten für eine umsetzungsorientierte Forschung im Bereich der Windenergie zu schaffen.

Weitere Informationen

Das Vorhaben wird im Rahmen des Förderwettbewerbs „Forschungsinfrastrukturen“ durch die Europäische Union und das Land Nordrhein-Westfalen unter Einsatz von Mitteln aus dem Europäischen Fonds für regionale Entwicklung (EFRE) 2014-2020 „Investitionen in Wachstum und Beschäftigung“ gefördert.


Ansprechpartner: M.Sc. Johnny Chhor
Kontakt: office@enesys.rub.de





WindOptTool - Entwicklung eines Expertensystems für die Analyse, Bewertung und Optimierung der Netzintegration von Windkraftanlagen



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Wie können Windparks optimal geplant werden- und das trotz enormer technischer Komplexität? Mit dieser Frage beschäftigen sich das Institut EneSys der Ruhr-Universität Bochum und die Firma Avasition GmbH im Bochumer Verbundprojekt „WindOptTool“.

Als wichtiger Eckpfeiler der Energiewende gewinnt die Nutzung der Windenergie stetig an Bedeutung. Immer größere Windkraftanlagen und Windparks entstehen, um eine nachhaltigere Energieversorgung für die Zukunft zu erreichen. Hierbei ist eine gute und durchdachte Planung der Anlagen unerlässlich. Steigende Anforderungen zum Anschluss an das Netz und zahlreiche Einflüsse wie das stochastische Windaufkommen und gegenseitige Beeinflussungen der Windkraftanlagen machen dies jedoch immer schwieriger.

An dieser Stelle setzt das Projekt „WindOptTool“ an. Darin wird ein Expertensystem entwickelt, das Know-How zu allen relevanten Komponenten von Windparks bündelt. Somit können mögliche problematische Interaktionen einzelner Teilsysteme im Vorfeld entdeckt werden. Verbesserungsvorschläge zur Auslegung der verschiedenen Komponenten sorgen für Abhilfe, sodass die geplanten Anlagen insgesamt effizienter, zuverlässiger und somit rentabler werden.
An dem Kooperationsprojekt sind das Institut für Energiesystemtechnik und Leistungsmechatronik von der Ruhr-Universität Bochum und die Firma Avasition GmbH beteiligt. Am 19. Dezember 2016 fand unter Leitung des Projektkoordinators Prof. Dr. Constantinos Sourkounis der Projektauftakt an der RUB statt. Das Projekt hat ein Gesamtvolumen von über einer Million Euro und eine Projektlaufzeit von drei Jahren.

Das Forschungsvorhaben wird durch die Europäische Union und das Land Nordrhein-Westfalen unter Einsatz von Mitteln aus dem Europäischen Fonds für regionale Entwicklung (EFRE) 2014-2020 „Investitionen in Wachstum und Beschäftigung“ gefördert.



Weitere Informationen
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Mitgliedschaft im Kompentenzzentrum für hydraulische Strömungsmaschinen der Ruhr-Universität Bochum


Das Institut für Energiesystemtechnik und Leistungsmechatronik ist Mitglied im Kompetenzzentrum Hydraulische Strömungsmaschinen, einem Forschungsverbund an der Ruhr-Universität Bochum. Im Rahmen der Mitgliedschaft beschäftigt sich EneSys mit dem Antriebssystem und deren Regelung von hydraulischen Strömungsmaschinen.

Der Betrieb von Pumpen ist gekennzeichnet durch anspruchsvolle thermische und chemische Umgebungsbedingungen. Dies betrifft zum einen das zu pumpende Medium, da dieses eine Temperatur über 100°C und aggressive chemische Substanzen aufweisen kann, zum anderen sind die Umgebungsbedingungen, der Einbauort häufig nicht spezifikationsgemäß. Trotzdem muss ein zuverlässiger und effizienter Betrieb gewährleistet werden. Neben der Effizienz sind weitere Randbedingungen wie eine geräuscharmer Betrieb und extreme Anforderungen seitens des versorgenden Netzes zu berücksichtigen. Unter diesen, sich dynamisch ändernden, Bedingungen ist die Konzipierung und Auslegung einer effizienten und kostengünstigen Antriebseinheit eine technische Herausforderung.

Die allgemeine Forschung im Bereich der Antriebstechnik für Pumpen ist getrieben von der Optimierung der Teilsysteme in den statischen Nennbetriebsbereichen. Die Optimierung bezieht sich dabei nicht nur auf die Steigerung der Effizienz sondern bewegt sich im Spannungsfeld zwischen Effizienz, Zuverlässigkeit und Kosten, was Aspekte wie Produzierbarkeit, Reduktion von notwendigen Sensoren etc. mit einschließt.
Im Rahmen des KHS wird ein integrierter Forschungsansatz verfolgt. Die Optimierung und Effizienzsteigerung des Gesamtsystems steht im Vordergrund. Dazu werden Teilsysteme unter Berücksichtigung der Interaktionen untereinander im Gesamtsystem und bzgl. der Gesamtziele optimiert.
In dem Projektvorhaben werden Optimierungspotentiale im Bereich des Antriebssystems erforscht. Diese werden über den gesamten Betriebsbereich, insbesondere auch den Teillastbetrieb, identifiziert. Ansätze sollen eine kostenoptimale Ausnutzung dieser Potentiale unter Einhaltung der genannten Anforderungen, und trotzdem einen sicheren Betrieb unter unsicheren Randbedingungen erreichen.


Ansprechpartner: Dipl.-Ing. Alexander Broy




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Hoch­prä­zi­se Strom­sen­so­ren mit neu­ar­ti­ger Über­tra­gungs­me­tho­de

Der Schwer­punkt in die­sem Pro­jekt ist die Ent­wick­lung eines hoch­ge­nau­en Strom­sen­sors mit einer neu­ar­ti­gen Über­tra­gungs­me­tho­de. Als Messein­heit wird der ASIC IHM-A-1500 der Firma Isa­bel­len­hüt­te ver­wen­det. Die­ser Mes­schip nutzt den Span­nungs­drop über einem Shunt für die Strom­mes­sung. Die Auf­lö­sung des ge­mes­se­nen Stroms be­trägt 16 Bit. Die­ser 16-Bit-Wert wird mit­tels einer Mo­du­la­ti­ons­ein­heit in ein spe­zi­el­les PWM-Si­gnal co­diert, bei dem so­wohl die Puls­wei­te als auch die Pe­ri­ode va­ria­bel sind. Das Ver­fah­ren zur Co­die­rung des Si­gnals wird als F-PWM be­zeich­net. Auf­grund der ein­fa­chen Di­gi­ta­li­sie­rung des Mess­si­gnals kann die­ses mit jeder mikrocon­trol­ler­ba­sie­rten Messein­heit de­mo­du­liert wer­den.


Ansprechpartner: Dipl.-Ing. Abdoulkarim Bouabana




TSA­E­SA - HIL-Test­sys­tem für SPS-Steue­rungs­sys­te­me

Das Pro­jekt hat das Ziel, In­be­trieb­nah­men von SPS-ge­steu­er­ten In­dus­trie­an­la­gen zu op­ti­mie­ren. Im Rah­men des Pro­jek­tes wird eine Soft­ware zur Hard­ware-in-the-lo­op-Prü­fung von SPS-Steue­rungs­sys­te­men ent­wi­ckelt. Die zu steu­ern­de An­la­ge wird in einer Si­mu­la­ti­ons­um­ge­bung nach­ge­bil­det und mit dem zu prü­fen­den SPS-Sys­tem ver­bun­den. So kann das SPS-Sys­tem auf kor­rek­te Funk­tio­na­li­tät ge­prüft wer­den schon bevor die An­la­ge fer­tig ge­stellt ist. Es kön­nen ge­zielt Si­cher­heits­funk­tio­nen ge­tes­tet und eva­lu­iert wer­den, die sonst eine Schä­di­gung oder Zer­stö­rung der An­la­ge zur Folge hät­ten. Dies spart Zeit und Kos­ten für die In­be­trieb­nah­me, au­ßer­dem ist die Feh­ler­su­che und –be­he­bung leicht durch­zu­füh­ren. Das Si­mu­la­ti­ons­sys­tem ist frei kon­fi­gu­rier­bar und kann so an an­de­re An­la­gen­ty­pen an­ge­passt wer­den. Das Pro­jekt er­laubt eine kos­ten­ef­fi­zi­en­te und schnel­le In­be­trieb­nah­me von SPS-ge­steu­er­ten An­la­gen.


Ansprechpartner: Dipl.-Ing. Alexander Broy