Neuer 5 MW Gleichspannungswandler in Betrieb genommen

10.09.2019

Im Rahmen des Forschungscampus Flexible Elektrische Netze (FEN) wurde am Institute for Power Generation and Storage Systems des E.ON Energy Research Centers (E.ON ERC) der weltweit größte bidirektionaler Mittelspannungsgleichstromwandler mit einer Spannung von 5 kV in Betrieb genommen.  

 

Aufbau des Gleichspannungswandlers

Mittelfrequenztransformator Abbildung 1: 5 MVA Mittelfrequenztransformator mit einer Betriebsfrequenz von 1000 Hz

Der aufgebaute Transformator (siehe Abb. 1) ist das Resultat einer engen Kooperation zwischen den FEN Industriepartnern Schaffner Group, thyssenkrupp electrical steel sowie den RWTH Instituten IEM (Institut für Elektrische Maschinen) und dem Institute for Power Generation and Storage Systems (PGS). Unterstützt durch General Electric wurde die Ansteuerung der verwendeten Umrichter des PGS Labor angepasst.

Im Rahmen des Forschungscampus FEN wird an der RWTH ein multiterminales Gleich-spannungsnetz in der Mittelspannung errichtet welches zukünftig die MW-Prüfstände des PGS am E.ON ERC und des RWTH Center for Wind Drives verbinden soll. Somit entsteht eine einzigartige Testumgebung, in der nicht nur neue Gleichspannungswandler, sondern auch Gleichspannungskomponenten, Schutztechnik und Betriebsführungskonzepte erprobt werden können.

Der aufgebaute Gleichspannungswandler arbeitet nach dem Prinzip der dreiphasigen Dual-Active-Bridge (DAB) und ermöglicht einen bidirektionalen flexibel steuerbaren Leistungsfluss und bietet gleichzeitig eine galvanische Trennung, womit die Anforderungen zukünftiger Gleichspannungsnetze erfüllt werden. Der Wandler ist zukünftig Teil einer von mehreren in der derselben Leistungsklasse errichten Wandler am E.ON ERC durch das Institute for Power Generation and Storage Systems.

Während konventionelle Stromrichter der Megawattklasse im PGS Labor für den Betrieb mit einer angepassten Ansteuerung ausgestattet wurden, wurde der 5-MW- Mittelfrequenztransformator unter Verwendung von thyssenkrupp Grain Oriented Electrical Steel (GOES) zusammen mit den Industriepartnern komplett neu entwickelt und konstruiert. Durch die Betriebsfrequenz von 1000 Hz erhöht sich die gravimetrische Leistungsdichte im Vergleich zu einem konventionellen trockenen Netz-transformator um das 15- bis zu 20-fache.

Der hier entwickelte und erprobte Wandler ist in dieser Leistungsklasse bisher einzigartig und bildet das Herzstück für zukünftige intelligente Gleichspannungsunterwerke welche beispielsweise in großen Kollektorfeldern für Erneuerbare Energien und Batteriespeicher, in Schnell-ladestationen für Elektrofahrzeuge oder in industriellen DC Netzen eingesetzt werden können.

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Nurhan Rizqy Averous

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