Nina Hatje

Nina Hatje M.Sc.

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Fraunhoferstraße 4
64283 Darmstadt

Raum: S3|21 206

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Mehrlevel Umrichter für Schwungmassenspeicher in Außenläuferbauform

Die elektrische Maschine in Schwungmassenspeichern (SMS) in Außenläuferbauform bringt einen besonderen Satz an Herausforderungen mit sich. Um Reibungsverluste zu minimieren befindet sich die Maschine in einem Hochvakuum. Da dies die Kühlung des Rotors erschwert müssen die Rotorverluste minimal gehalten werden.

Das SMS wird bei sehr hohen Drehzahlen betrieben und weist unüblichen Polpaarzahlen von 4 oder 5 auf. Daher muss der Umrichter sehr hohe ausgangs Frequenzen stellen können. Weiterhin führt die hohe Drehzahl zu einer Ausdehnung des Rotors und damit zu einer merklichen Vergrößerung des Luftspaltes, was als zusätzliche Einflussgröße in der Regelung berücksichtigt werden muss.

In einem derartigen SMS-System können die Umrichterverluste nicht vernachlässigt werden und bieten großes Potential zur Verbesserung der System-Effizienz.

Im Zuge dieser Arbeit werden Mehrlevel Topologien mit Hinblick auf die Gesamteffizienz, die Gesamtkosten und den Oberschwingungsanteil im Strom miteinander verglichen. Ein besonderer Fokus liegt dabei auf der Minimierung der Rotorverluste.

Weiterhin wird die Regelung des Zwischenkreismittelpunktes und die Beeinflussung dessen durch den Anschluss mehrerer parallel betriebener Wechselrichter betrachtet.

Projekt KoREV – SMS2

Kostenreduktion bei gleichzeitiger Erhöhung der Verfügbarkeit und Effizienz von Schwungmassenspeichern in Außenläufer-Bauform

Schwungmassenspeicher (SMS) in Außenläufer-Bauform versprechen eine höhere Energiedichte und eine höhere energetische Effizienz bei geringeren Anschaffungskosten als konventionelle SMS. Dieses Forschungsvorhaben knüpft an das Vorgängerprojekt mit gleichen Namen (KoREV-SMS) an.

Ziel ist es die betrachtete Technologie zu einem marktnahen Energiespeicher weiterzuentwickeln, wofür die Reduktion der Anschaffungskosten und der Erhöhung der Verfügbarkeit und eine Verbesserung der Effizienz des innovativen, hochintegrierten Systems notwendig sind. Als neue Aspekte rückt die Gesamtsystemeffizienz, dominiert durch Wechselrichter und Motor-Generator-Einheit, und die thermische Stabilität in den Fokus der Betrachtung.

Projektschwerpunkte am Institut für Stromrichtertechnik und Antriebsregelung

Das Institut leitet 3 von den 11 Teilprojekten die unten näher beschrieben sind.

Dynamische Lastflusskoordination

Für die Bereitstellung hochdynamischer Netzregelleistung ist das bestehende Energiemanagement zum Energieaustausch zwischen SMS und Netz über den DC-Zwischenkreis grundlegend zu überarbeiten. Ziel ist, dass Identifizieren einer geeigneten Regelungsstruktur, die in optimierter Weise eine Koordinierung zwischen den netz- und maschinenseitigen Sollwerten durchführt. Die Bereitstellung angeforderten Blind- und Wirkleistung soll innerhalb von wenigen Millisekunden erfolgen, was für die Stabilisierung des Netzes von großer Bedeutung ist („virtual inertia“).

Auslegung und Aufbau Maschinen- und Netzwechselrichter

Untersuchung wie durch Wahl und Auslegung der Leistungselektronik die Verluste in der elektrischen Maschine minimiert werden können. Potentielle Topologien für den Maschinenwechselrichter werden ausgewählt und simulativ ausgelegt und nach dem Gesamtwirkungsgrad und Kosten untersucht und verglichen.

Geberlose Regelung der elektrischen Maschine

Ein geberloses Regelverfahren wird entwickelt für die elektrische Maschine im Schwungmassenspeicher. Dieses Verfahren soll sowohl für eine Synchronmaschine mit Permanentmagneten als auch für eine Synchron-Reluktanzmaschine einsetzbar sein.

Projektpartner und –förderung

Die Verbundpartner sind das Institut für Mechatronische Systeme im Maschinenbau (IMS), das Institut für Stromrichtertechnik und Antriebsregelung (LEA), beides TU Darmstadt, Adaptive Balancing Power GmbH (ABP), compoScience GmbH (CS) und KEBA Industrial Automation Germany GmbH (KEBA).

Das Projekt wird vom Bundesministerium für Wirtschaft und Energie gefördert.

Offene Thesen und HiWi Themen

Themengebiete für eine Abschlussarbeit oder eine HiWi Stelle sind die Folgenden:

• Topics related to the back to back AC/DC – DC/AC converter built at the institute

• AC/DC Multilevel topologies, control thereof and modulation strategies

• Neutral point voltage control of a shared neutral point

Falls du Interesse hast oder dein eigenes Thema vorschlagen möchtest, schreib mir eine E-Mail.

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