Gleichstrom im Verteilnetz
DC/DC-Wandler für die Energieübertragung der Zukunft
Fortsetzung des Artikels von Teil 1
Reduktion der Baugröße möglich
Durch die im Vergleich zum Drehstromnetz höhere Frequenz lässt sich eine deutliche Reduktion der Baugröße erreichen, wie es äquivalent für die meisten Schaltnetzteile der Fall ist. Die abgebildeten Transformatoren weisen jeweils eine Leistung von 2,2 MVA bei 1 kHz und bei einer Masse von ungefähr 600 kg auf. Damit haben sie jedoch nur etwa 20 % der Masse und des Volumens eines 50-Hz-Transformators gleicher Leistung.
Das bedeutet, ein sehr hohes Einsparpotenzial an Material und Kosten. Aufgrund der Neuheit und des finanziellen Risikos ist der erste Prototyp in der Leistungsklasse mit drei einzelnen Transformatoren realisiert worden. Bei Verwendung eines einzigen Drei-Phasen-Transformators statt drei einzelner Transformatoren ist noch weiteres Einsparpotenzial denkbar. Die inhärente galvanische Entkopplung der Topologie ist besonders vorteilhaft für die Versorgungssicherheit in Verteilnetzen, da sich Fehler nicht über die Wandler hinaus auswirken können und so automatisch isoliert werden.
Der Prototyp befindet sich zurzeit in der Inbetriebnahme und Vermessung. Leistungen von bis zu 1 MW sind bereits bei 20 % der Nennspannungen gestellt worden. Im Laufe des Jahres wird der Wandler in ein 5-kV-Mittelspannungs-Gleichstromnetz am Campus Melaten der RWTH Aachen University integriert. Der Abschluss des Projektes ist für Herbst 2019 geplant.
| Der Forschungscampus Flexible Elektrische Netze (FEN) |
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Der Forschungscampus Flexible Elektrische Netze (FEN) ist ein Zusammenschluss von Instituten der RWTH Aachen und Partnern aus der Industrie mit Sitz auf dem Campus der RWTH Aachen. Die dortigen Experten befassen sich mit der Integration und Entwicklung der Gleichspannungstechnik in verschiedenen Forschungsfeldern. Die Themengebiete reichen von Netzplanung und -betrieb, Automatisierung und Regelung, Standards und Normen über Komponenten und Leistungselektronik bis hin zu Cloud-Plattformen für intelligente Energiedienstleistungen. Auch nicht-technische Aspekte wie gesellschaftliche Akzeptanz sowie biologische, ökologische, städtebauliche und ökonomische Aspekten gehören zu den Forschungsschwerpunkten. Interessierte Unternehmen können sich jederzeit im Forschungscampus FEN beteiligen. Die Aktivitäten werden unter anderem durch das Förderprogramm „Forschungscampus – öffentlich-private Partnerschaft für Innovationen“ vom Bundesministerium für Bildung und Forschung unterstützt. |
Literatur
[1] J. Lundquist, Convener, L.O. Barthold, A. Beutel, A.C. Britten, D.A. Douglass, J. Iglesias, V. Jankov, J.A. Jardini, D. Muftic, S. Steevens: Guide to the Conversion of Existing AC Lines to DC Operation, Cigre 583, May 2014.
[2] N. M. MacLeod, C. D. Barker, N. M. Kirby: Connection of Renewable Energy Sources through Grid Constraint Points using HVDC Power Transmission Systems, IEEE Transmission and Distribution Conference and Exposition, 2010 IEEE PES, New Orleans, USA.
[3] J. Dorn, M. Pohl, D. Retzmann, F. Schettler, Transformation of the Energy System in Germany – Enhancement of System Stability by Integration of innovative Multilevel HVDC in the AC Grid, Internationaler ETG-Kongress 2013, Berlin.
[4] R. De Doncker, D. Divan, M. Kheraluwala, A three-phase soft-switched high-power-density dc/dc converter for high-power applications IEEE Trans. Ind. Appl., vol. 27, no. 1, pp. 63-73, Jan./Feb. 1991.
[5] R. Lenke, A Contribution to the Design of Isolated DC-DC Converters for Utility Applications, Dissertation 2012, RWTH Aachen University.
[6] N. Soltau, High-power Medium-Voltage DC-DC Converters: Design, Control and Demonstration, Dissertation 2017, RWTH Aachen University.
Die Autoren
Johannes Voss
hat von 2006 bis 2011 an der RWTH Aachen Elektro- und Informationstechnik studiert. Seit 2012 ist der Diplom-Ingenieur am Institute for Power Generation and Storage Systems am E.ON Energy Research Center als wissenschaft-licher Mitarbeiter mit dem Ziel der Promotion angestellt. Seine Forschungsaufgaben liegen auf dem Gebiet der Leistungselektronik, insbesondere auf Hochleistungs-Mittelspanungskonvertern für Gleichspannungsanwendungen.
jvoss@eonerc.rwth-aachen.de
Dr.-Ing. Peter Lürkens
promovierte 1990 an der RWTH Aachen auf dem Gebiet der Antriebsbatterien für Elektrostraßenfahrzeuge. Er wechselte danach zur zentralen Forschung des Philips-Konzerns, wo er an leistungselektronischen Lösungen für eine Vielzahl von Produkten arbeitete. Seit 2015 ist er Ober¬ingenieur am E.ON-Energieforschungszentrum „Power Generation and Storage“ an der RWTH Aachen und arbeitet als wissenschaftlicher Koordinator des Forschungscampus FEN.
pluerkens@fenaachen.net
Prof. Dr. ir. Dr. h.c. Rik W. De Doncker
ist insbesondere auf den Gebieten energieeffizienter Umrichter und Antriebe tätig. Seine Arbeiten finden sich in zahlreichen Anwendungen wieder, die sich von Energieversorgungen in Raumstationen über Elektromobilität bis zu Energienetzen für die Energiewende erstrecken. Rik W. De Doncker ist Professor an der RWTH Aachen und Direktor des Instituts für Leistungselektronik und elektrische Antriebe (ISEA), des E.ON Energy Research Centers und des Forschungscampus Flexible Elektrische Netze (FEN). Er ist IEEE Fellow und erhielt 2013 den IEEE Newell Field Award for Power Electronics.
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