Lehrstuhl für Leistungselektronik

und Elektrische Antriebe Prof. Dr.-Ing. F. W. Fuchs

Jahresbericht 2006 Team

TECHNISCHE FAKULTÄT DER CHRISTIAN-ALBRECHTS-UNIVERSITÄT ZU KIEL

Lehrstuhlinhaber Prof. Dr.-Ing. Friedrich Wilhelm Fuchs

Sekretariat Petra Bekendorf

Wiss. Mitarbeiter Dipl.-Ing. (FH) Michael Bierhoff

Dipl.-Ing. Jens Boll

Dipl.-Ing. Malte Mohr

Dipl.-Ing. Kai Rothenhagen

Dipl.-Ing. (FH) Simon Jensen

Christian Wessels

Studentische Hilfskräfte: Henrik Brandenburg

Michael Möllers

Stefan Cvenarski

Dipl.-Ing. Jörg Dannehl

Dipl.-Ing. André Knop

Gastwissenschaftler: Dipl.-Ing. Markus Haberberger

Labortechniker: Bernd Doneit

Börge Carstens

Hendik Behrens

Toke Franke

Kaiserstraße 2 24143 Kiel

Fon 0431 / 880-6100 Fax 0431 / 880-6103

E-mail fwf@tf.uni-kiel.de Web http://www.tf.uni-kiel.de/etech/LEA

1. Übersicht

Im Jahr 2006 hat sich der Lehrstuhl in Forschung, Lehre und Teamgröße ein großes Stück weiter entwickelt. In der Forschung hat das bisher langsam startende Arbeitsgebiet Energieum-formung für die Windenergie kräftig an Schwung gewonnen. Wir untersuchen hier das Verhalten und die netzgeführten Wechselwirkungen zwischen off shore Windenergieanlagen, deren Auswirkung auf eine mögliche Netzeinspei-sung mit HGÜ sowie Condition Monitoring des elektrische Teils. In einem wei-teren neu eingeworbenen Projekt entwickeln wir einen Mittelfrequenzstrom-richter zur Netzanalyse. Die Arbeit ist zum Teil in das „Kompetenzzentrum Windenergie Schleswig-Holstein CEwind – Forschungsnetzwerk der Hoch-schulen“ eingebettet, in dem wir aktiv mitarbeiten. Ein neues Feld ist die Zustandsregelung elektrischer Antriebe. Seit zwei Jah-ren untersuchen wir die Anwendung dieser Verfahren, um Fehlererkennung und Notbetriebsumschaltung für Antriebe zu realisieren. Ende 2006 wurde uns ein weiteres dreijähriges Forschungsvorhaben auf diesem Gebiet bewil-ligt, in dem wir diese Verfahren zur Regelung beim Netzpulsstromrichter an-wenden und verbesserte Eigenschaften erzielen wollen. Das längstlaufende Forschungsvorhaben, Vergleich des spannungs- und stromgespeisten Netzpulsstromrichters, wurde erfolgreich mit Regelungs- und Wirkungsgraduntersuchungen abgeschlossen. Die Vorhaben Umrichter für regenerative Energiequellen, hier wurden einige interessante Schaltungen untersucht, und Matrixumrichter sind in der Endphase. Insgesamt sind viele Veröffentlichungen auf renommierten Konferenzen ent-standen, auch schon aus den neueren Forschungsgebieten. Die Industrieko-operationen wurden mit bekannten Partnern weiter durchgeführt, andere neu gestartet. Die Teamgröße könnte ab 2007 auf neun Mitarbeiter wachsen, wenn die guten Absolventen verfügbar sind. In der Lehre wurde das Standardprogramm weitergeführt. Erfreulich war, dass auch im Wintersemester mit drei Gruppen das Praktikum nachgefragt war. Erstmals wurde die Lehrveranstaltung „Mikroprozessortechnik für Echtzeitsys-teme“ durchgeführt, für die wir Herrn Dr. Leifert gewinnen konnten. Mit den vielen Studien- und Diplomarbeitern und Hilfskräften hat sich am Lehrstuhl eine anregende Arbeitsatmosphäre ergeben Die hohen Studienanfängerzah-len bestätigen zudem die Arbeit in der Lehre aber auch in der Studenten-betreuung. Die Arbeit in Normungsgremien für Leistungselektronik wurde weiter begleitet und geleitet, wobei hier die gestaltende Mitarbeit an einer Norm für Netzpuls-stromrichter hervorzuheben ist. Neben aller Arbeit: Wir haben einen Mega-Lehrstuhlausflug gemacht! Bei strahlendem Sonnenschein eine 40 km-Radtour an der Ostseeküste, mit ge-nussvollen Pausen und mit Gang ins Wasser!

2. Forschung und Vorentwicklung Aktuelle Forschungsgebiete:

- Leistungselektronische Schaltungen und Steuerungen für Spezialumrichter, z. B. Matrixumrichter, Mittelfrequenzumrichter, einschließlich -EMV, Netzrück wirkungen, Verluste - Umrichter und Antriebe für regenerative Energie, besonders Windenergie und

Brennstoffzellen, Betriebsverhalten und Wechselwirkungen - Konventionelle und moderne Regelungsmethoden bei Stromrichtern und An-

trieben - Fehlertoleranter Betrieb und Condition Monitoring von Stromrichtern und Antrieben Aktuelle Forschungsarbeiten: Vergleichende Untersuchung netzseitiger Puls-Stromrichter mit Spannungs- und Stromeinprägung und mit IGBT-Leistungshalbleitern bei Drehstroman-trieben (Bierhoff, CAU) Frequenzumrichter unterscheiden sich in ihren gängigen Topologien (dreiphasige Drehstrombrückenschaltungen) in erster Linie durch die Wahl des Energiespei-chermediums für den Zwischenkreis und werden daher in zwei Gruppen unterteilt: Umrichter mit Strom- bzw. Spannungszwischenkreis. Zur Verringerung von Netz-rückwirkungen werden heutzutage vermehrt sogenannte aktive Gleichrichter, die Netzpulsstromrichter, verwendet, um den Netzstrom bzw. die Netzspannung für den Zwischenkreis gleichzurichten. Ziel dieser Forschungsarbeit ist es, diese bei-den unterschiedlichen Umrichtertopologien hinsichtlich wichtiger Betriebsparame-ter zu untersuchen und miteinander zu vergleichen. Nach den grundlegenden Arbeiten zur Pulsweitenmodulation und Harmonischen in den vergangenen Jahren wurden die Regelungen untersucht und verglichen und abschliessend Messungen zum dynamischen Verhalten und zu den Verlusten durchgeführt. Veröffentlichungen: Bierhoff, IECON 2006

Stromrichter zur Wandlung regenerativer Energie - Brennstoffzellen (Mohr, CAU) Die Energieumwandlung mit Brennstoffzellen ist wegen der hohen Wirkungsgrade interessant für die Anwendung. Soll eine Brennstoffzelle Energie in das Verbrauchsnetz einspeisen, so muss der Gleichstrom der Brennstoffzelle in einen in Frequenz und Amplitude zum Verbrauchsnetz passenden Drehstrom umgewan-delt werden. Der Umrichter hat ferner die Aufgabe, die von der Brennstoffzelle bereitgestellte veränderliche Spannung an die Spannung des Versorgungsnetzes anzupassen.

Eine effiziente, wirtschaftliche und kompakte Lösung ist die Verwendung eines DC/DC-Wandlers in Reihe zu einem Wechselrichter mit eingeprägter Spannung. Als DC/DC-Wandler für die Anpassung der sehr unterschiedlichen Spannungsebe-nen bieten sich Umrichter mit hochfrequent betriebenen Transformatoren an. Ver-schiedene Typen dieser Umrichter als Vollbrückenwandler mit Hochfrequenztrans-formator wurden analytisch in Bezug auf deren Eignung an Brennstoffzellen im angestrebten Leistungsbereich von 20 kW und darüber untersucht. Dabei standen Effizienz, Aufwand und Realisierbarkeit unter den gegebenen Randbedingungen im Vordergrund. Zur Verifikation der analytischen Ergebnisse wurden je ein strom-gespeister Vollbrückenwandler und ein spannungsgespeister Vollbrückenwandler als Labormuster mit einer Nennleistung von 20 kW (200 A bei 100 V) aufgebaut und in Betrieb genommen.

Mit der Hintereinanderschaltung von DC/DC-Wandler und Wechselrichter mit ein-geprägter Spannung wurde das Umrichtersystem für Brennstoffzellen komplettiert. Es wurde erfolgreich in das Netz eingespeist. Veröffentlichungen: Mohr, IPEMC 06, Shanghai; Mohr, IECON 06, Paris.

Laboraufbau eines Stromgespeisten Vollbrückenwandlers (DC/DC-Wandler). Eingangsnennspannung 100 V, Ein-gangsnennstrom 200 A

Eine effiziente, wirtschaftliche und kompakte Lösung ist die Verwendung eines

DC/DC Wandler, Typ: Spannungsgespeister Vollbrückenwandler

DC/DC Wandler, Typ: Stromgespeister Vollbrückenwandler

Zeitverläufe des Stromgespeisten Vollbrückenwandlers bei einem Eingangsstrom von I1 = 100 A und einer Eingangsspannung von U1 = 100 V (Experiment). Kanal 1 und 2: Ansteuerspannungen der Transistoren, Kanal A: Pri-märstrom des Transformators, Kanal 4: Primärspannung des Trans-formators.

Matrixumrichter (Boll, CAU, Marie Curie) Matrixumrichter ermöglichen eine direkte Wandlung mit fester Amplitude und Frequenz in Drehspannung mit variablen Werten. Sie werden derzeit intensiv an Universitäten untersucht. Das Arbeitsgebiet „Matrixumrichter“ wurde weiter-geführt. Im ersten Drittel des Jahres befand sich Herr Boll zu einem Aufenthalt im Rahmen des Marie-Curie-Programms der EU an der University of Notting-ham in England, um dort in einer weltweit führenden Arbeitsgruppe seine Kenntnisse im Bereich der Matrixumrichter zu erweitern. Die Forschung in die-sem Zeitraum konzentrierte sich auf die Rekonstruktion der Eingangsströme des Matrixumrichters aus den gemessenen Ausgangsströmen und den aktuel-len Schaltzuständen. Die weitere Arbeit befasste sich mit der Zusammenstellung verschiedener Schutzkonzepte für Matrixumrichter, die am dreiphasigen Laboraufbau unter-sucht werden sollen, sowie der analytischen Bestimmung der Oberschwingun-gen von Spannungen und Strömen des Umrichters. Die Berechnung der enstprechenden Spektren mit Hilfe des „Geometric-Wall-Models“ nach Black bietet ein universelles Hilfsmittel zur Berechnung der Harmonischen, die durch verschiedene Modulationsverfahren hervorgerufen werden. Dieses Verfahren wurde bereits am Netzpulsstromrichter angewandt. Die Abbildungen zeigen ein Beispiel für das „Geometric-Wall-Model“ sowie ein damit berechnetes Spekt-rum des Eingangsstroms einer Phase.

Anwendung des „Geometric-Wall-Models“ zur Bestimmung der Har-monischen eines Matrixumrichters mit Raumzeigermodulation

Berechnetes Spektrum des Eingangsstroms einer Phase

Fehlertolerante Regelung einer doppeltgespeisten Asynchronmaschine (Rothenhagen) Das aus Fördermitteln der Deutschen Forschungsgemeinschaft finanzierte Ar-beitsgebiet "Fehlertolerante Regelung einer doppeltgespeisten Asynchronma-schine" wurde weitergeführt. Für die Regelung dieses drehzahlveränderlichen Antriebes werden verschiedene Sensorsignale wie Spannung, Strom oder Dreh-zahl benötigt. Bei Ausfall eines Sensors ist ein Weiterbetrieb des Antriebs in der Regel nicht mehr möglich. Es ist gelungen, durch Einsatz eines Bilinearen Beobachters aussagekräftige Residuen zur Sensorfehler-Detektion zu berechnen. Mit diesen kann ein Sensor-fehler in den Stator- oder Rotorstromsensoren detektiert und rekonfiguriert wer-den. Die Rekonfiguration verwendet dabei die beobachteten Signale des unge-störten Beobachters. Die Regelung kann in Betrieb gehalten werden, da die Um-schaltdauer ausreichend kurz ist. Der verwendete Beobachter ist in der ersten Abbildung dargestellt. Abbildungen zwei und drei zeigen die erfolgreichen Re-konfigurationsvorgänge des Rotor- und Statorstromsensors (Zeitachse in sec bzw.10-3 sec). Nach einer kurzen Übergangszeit stimmen trotz Sensorfehler beo-bachtete und gemessene Größen überein. Veröffentlichungen: Rothenhagen, IECON 2006

Ein Bilinearer Zustandsbeobachter für eine doppeltgespeiste Asynchronmaschine

Rekonfiguration der Statorstromregelung

Rekonfiguration der Rotorstromregelung

Wechselwirkung zwischen Leistungselektronik-Generatorsystemen eines Windparks und einer Hochspannungsgleichstromübertragung mit span-nungseinprägendem Pulsumrichter (Dipl. Ing. (FH) Simon Jensen)

Für den Transport der Leistung von Windenergieanlagen auf See an Land sind Hochspannungsgleichstromübertragungen mit selbstgeführten Stromrichtern eine als sinnvoll erachtete Variante für mittlere bis größere Leistungen (einige 100 MW). In der Forschungsarbeit wird die HGÜ mit selbstgeführten Stromrich-tern und insbesondere deren Zusammenwirken mit den Windenergieanlagen eines Windparks auf See untersucht. Die Besonderheiten für die HGÜ liegen darin, dass die Windenergieanlagen durch vorwiegende Einspeisung über Stromrichter und durch schnelle Leistungsänderung charakterisiert sind. Wäh-rend der ersten Phase dieses Projektes wurde zunächst die Modellierung, Si-mulation in PSCAD und Untersuchung einer einzelnen WEA mit doppelt-gespeister Asynchronmaschine durchgeführt. Dies umfasst die Elektrotechnik

mit Umrichter und Generator, notwendige Teile der Mechanik und die Rege-lung. Dabei soll das grundlegende Betriebsverhalten (insbesondere Anlauf- und Kurzschlussverhalten) und die Netzeinspeisung richtig wiedergeben wer-den. Das Modell wurde durch Benchmarkrechnungen mit der Industrie abge-glichen. Es werden Modelle für verschiedene Anlagentypen wie auch für die Kurzschlussläufer-Asynchronmaschine entwickelt. Das elektrische Verbundverhalten im Windpark soll durch die Zusammen-schaltung mehrerer Anlagen betrachtet werden, wobei Vereinfachungen der Modelle notwendig sind. Aerodynamische Modelle sollen die Windverteilung nachbilden. Simulation der HGÜ und Untersuchungen zum gemeinsamen Be-trieb werden folgen. Veröffentlichungen: Jensen NORPIE 2006, Jensen DEWEK 2006

Simulation (Anlaufverhalten) WEA mit doppelt gespeister Asynchronmaschine. Besonderheit dieses Maschinentyps: Aktiver (steuerbarer) Drehzahlbereich +-30% der Synchrondrehzahl von 1500 min-1. Hier: Starkwindverhalten mit Leistungsbegrenzung durch Pitchregelung

Moderne Steuer- und Regelungsverfahren bei Stromrichtern und elektrischen Antrieben (Jörg Dannehl) Durch die Anwendung moderner Steuer- und Regelverfahren sollen verbesser-te Eigenschaften für Stromrichter und Antriebe erreicht werden. Die Untersu-chung moderner Steuer- und Regelungsverfahren wurde in diesem Jahr fortge-führt. Dabei zeigte die Flachheitsbasierte Regelung der Asynchronmaschine (s. Abbildung) viel versprechende Ergebnisse. Die Anwendung moderner Regel-ungsverfahren auf den spannungsgespeisten Netzpulsstromrichter als netzsei-tige Einspeisung z.B. für Drehstromantriebe ist Inhalt weiterer geplanter Unter-suchungen. Zukünftige Umrichter könnten in Hinsicht auf begrenzte Netzrück-wirkungen und hohe Dynamik mit netzseitigen LCL-Filtern und in Hinsicht auf geringen Bauteileinsatz im Zwischenkreis mit kleinen Kapazitäten ausgestattet

werden. Im geregelten Betrieb kann es durch die LCL-Filterresonanz jedoch ohne Dämpfung zur Instabilität kommen. Die Anwendung moderner Regelun-gen erscheint zur Einbeziehung dieser Randbedingungen wie auch etwaiger Netzharmonischer in die Regelung in diesem Bereich besonders viel verspre-chend. Auf diesen Gebiet wurde das Forschungsvorhaben “Nichtlineare Zu-standsregelung eines Netzpulsstromrichters mit LCL-Filter und kleiner Zwi-schenkreiskapazität” ausgearbeitet, das von der DFG bewilligt wurde und im Rahmen dessen die Untersuchungen ab 2007 fortgeführt werden. In der zweiten Jahreshälfte wurde in einem mehrmonatigen Industrieprojekt die konventionelle Regelung eines solchen Netzpulsstromrichters mit LCL-Filter und aktiver Dämpfung im industriellen Umfeld untersucht und erfolg-reich realisiert. Die Ergebnisse können zudem als Vergleichsbasis für die Forschungsarbeiten dienen. Die Industriepartner werden die geplanten For-schungsarbeiten aus Industriesicht begleiten. Veröffentlichungen: Dannehl, IECON 06

Struktur der Flachheitsbasierten Drehzahl- und Rotorflussregelung mit unter-lagerter Statorstromregelung

Leistungselektronik-Generator-Systeme für Windenergieanlagen (Knop, ESF/Innovationsfond) Windparks aus Windenergieanlagen mit Leistungselektronik und Generato-ren, besonders bei hoher Parkleistung und eventuell sogar bei Aufstellung auf See, bilden ein komplexes System. Es handelt sich um ein voll durch Umrich-ter gespeistes Teilnetz mit stark fluktuierendem Leistungseintrag. Die Wechselwirkungen der Windenergieanlagen untereinander über das Teil-netz und zum Hauptnetz hin sollen untersucht werden. Dabei soll das Verhal-ten in Bezug auf Leistungsabführung, Regelverhalten der abgeführten Leis-tung, Netzrückwirkungen, gegenseitige Beeinflussung und deren mögliche Reduzierung durch geeignete Steuerung, Verbundverhalten und bei Netz-fehlern in diesem Projekt näher untersucht werden. Für die WEA mit der meistverwendeten doppelt gespeisten Asynchronmaschine (DASM) mit Um-

richter wurde ein Simulationsmodell einer WEA mit einer DASM entwickelt, in der alle für die Untersuchung notwendigen Komponenten implementiert wurden. Die entsprechenden Regelkreise wurden nach den Anforderungen der Netzbetreiber ausgelegt und das Modell in Bezug auf Anlauf-verhalten, Leistungsabgabe und Verhalten bei einem Netzkurzschluss unter-sucht und mit vorhandenen Daten verglichen. Das Modell soll Bestandteil einer Windparkmodellierung werden, mit der die Wechsel- und Rückwirkungen untersucht werden. Diese Arbeit ist in das Projekt Leistungselektronik-Generator-Systeme des Kom-petenzzentrums Windenergie – Schleswig-Holstein eingegliedert.

Struktur der Wind-energieanlage

Condition Monitoring für Leistungelektronik-Generatorsysteme für Wind-energieanlagen (N.N., ESF/Innovationsfond) Für einen wirtschaftlichen Betrieb von Windenergieanlagen, und nicht nur für diese Systeme, ist eine hohe Zuverlässigkeit erforderlich, besonders bei Einsatz in entlegenen Gebieten oder auf See. Eine vorbeugende Betriebszustandsüber-wachung (Condition Monitoring) ist dazu ein wesentlicher Bestandteil. Derartige Überwachungen für den mechanischen Teil sind derzeit Stand der Technik, für die elektrotechnischen Komponenten derzeit noch nicht. In diesem Projekt sollen Verfahren des Condition Monitoring und der Diagnose für wesentliche Komponenten des Leistungselektronik-Generatorsystems in Windenergieanlagen zusammengetragen und weiterentwickelt werden. Ziel ist eine Erhöhung der Verfügbarkeit der Anlagen. Die Arbeiten sollen in engem

a) Leistungsabgabe bei Sprunghafter Änderung der Wind-geschwindigkeit b) Kurzschlussver-halten in Abhängig-keit des verwende-ten Crowbar-widerstandes

150 200 250 300 350 400 450 500 550 6000

5

10

t in s

v Wind in m/s

150 200 250 300 350 400 450 500 550 6000

1000

2000

t in s

n Rotor

150 200 250 300 350 400 450 500 550 6000

0.5

1

t in s

P/Pmax

120 120.1 120.2 120.3 120.4 120.5 120.6 120.7 120.8 120.9 1210

500

1000

1500

2000

t in s

|i R| in A

120 120.1 120.2 120.3 120.4 120.5 120.6 120.7 120.8 120.9 121-2

-1

0

1

2x 10

5

t in s

MGen in Nm

40x

80x

120

160x

200x

a) b)

Netzanschluss des Mess-stromgenerators

Entwicklung eines Mittelfrequenz – Messstromgenerators für die Bestimmung der Netzimpedanz (Knop, Innovationsfond) Windenergieanlagen speisen Leistung in elektrische Netze in Form von netzfre-quenten und aufgrund der Umrichter auch höherfrequenten Anteilen ein. Die Auslegungen der Einspeisung aufgrund von Normen und von vorhandenen Netzdaten sind derzeit Stand der Technik. Ergänzende Messungen sind aber von besonderer Bedeutung, da die Netzimpedanz als maßgebende Größe für die Aufnahmekapazität frequenzabhängig und abhängig von der aktuellen Netzstruktur ist und sich in ihr insbesondere auch Netzresonanzen widerspie-geln. Aus diesen Gründen ist eine Messung der Netz- impedanz für eine genauere Kenntnis der Netzeigenschaften und ihrer Leis-tungsaufnahmefähigkeit erforderlich und dies bis hin zu den Frequenzen, die von Stromrichtern eingespeist werden. Im Projekt Mittelfrequenz-Netzimpedanzanalysator, das im erweiterten Rahmen des Kompetenzzentrums Windenergie durchgeführt wird, soll ein derartiger Netzimpedanzanalysator für den Bereich bis hin zu mittleren Frequenzen entwi-ckelt werden. Für die Analyse der Netzimpedanz ist ein Messstromgenerator erforderlich. Dieser hat die Aufgabe einen für die Messung notwendigen Strom bis max. 20A in einem Frequenzbereich von 40Hz bis 10kHz bereitzustellen. Für dieses Projekt mit Start im Oktober 2006 wurde der erste Teil einer Reali-sierungsstudie ausgearbeitet. Im Jahr 2007 wird mit der praktischen Umset-zung begonnen.

Industrieprojekt: Active Damping of grid-connected active rectifiers with LCL-filter (Dannehl, Danfoss Drives) Es wurden verschieden Verfahren zur aktiven Dämpfung der Resonanz eines LCL-Filters bei der Regelung eines Netzpulsstromrichters untersucht, verglei-chen und eines implementiert.

Steuerung und Regelung von Drehstromantrieben mit stromeinprägendem IGBT-Umrichter (Haberberger) Das Vorhaben wurde mit begrenztem Aufwand weitergeführt.

Kontakt mit der Industrie durchgeführt werden. Start war im laufenden Jahr über eine Diplomarbeit. Darin wurde eine Übersicht zu den Verfahren zusammengestellt. Das Verfahren der Fehlererkennung im Generator über Auswertung der Generatorströme wurde genauer untersucht und soll implementiert werden.

3. Lehre und Weiterbildung

Durchgeführte Lehrveranstaltungen für Studierende der Christian-Albrechts-Universität Kiel:

- Einführung in die Elektrische Energietechnik SS06

- Leistungselektronik I WS 05, WS 06

- Leistungselektronik II SS 06

- Leistungselektronik III WS 05, WS 06

- Regelung elektrischer Antriebe (feldor. Regelung) WS 05, WS 06

- Elektrische Umformung regenerativer Energie SS 06

- Anwendung von Leistungshalbleitern (neu) SS06

- Praktikum Leistungselektronik und elektrische Antriebe SS06

- Mikroprozessortechnik für Echtzeitsteuerungen SS06

- Grundpraktikum SS06

- Fachseminar Leistungselektronik SS06/WS05+06

- Exkursionen SS06/WS05+06

V3/Ü1

V2/Ü1

V2/Ü1

V2/Ü1

V2/Ü1

V2/Ü1

V1

P4

V1/Ü1

P4

S2

EX1

Weiterbildung durch den Lehrstuhl (CAU) vorzugsweise in Kiel (Angebote, Details im Internet oder auf Anfrage, bisher noch nicht durchgeführt):

- Einführung in die Leistungselektronik 2-täg. Seminar - Drehzahlsteuerbare Drehstromantriebe 2-täg. Seminar - Dynamische Regelung von Drehstromantrieben 2-täg. Seminar

Weiterbildung extern im Haus der Technik, Essen, mit weiteren externen Referenten:

- Moderne Leistungshalbleiter (Anwendung) 2-täg. Seminar nächster Termin September 07

4. Infrastruktur

- Vierter Antriebsteststand in der Errichtung (Antriebsprüfstände mit perma-nenterregter Synchronmaschine, fremderregter Synchronmaschine, Asyn-chronmaschine mit Schleifringläufer und Asynchron-maschine mit Kurz-schlussläufer an Umrichtern in Betrieb mit je 22 kW Leistung; Systeme für Forschungszwecke)

Lehrauftrag „Leistungselektronik“ an der FH Lübeck, Hr. Rothenhagen

5. Veröffentlichungen Bierhoff, Michael; Fuchs, F. W. : Loss Minimized Pulse Width Modulation for Current Source Converters; Proceedings of the 32nd Annual Conference of the IEEE Industrial Elec-tronics Society, IECON 06, Paris. Dannehl, Jörg; Fuchs, Friedrich W.: Flatness-Based Control of an Induction Machine Fed via Voltage-Source Inverter- Concept, Control Design and Performance Analysis; Proceedings of the 32nd Annual Conference of the IEEE Industrial Electronics Society, IECON 06, Paris. Jensen, Simon; Fuchs, Friedrich W.: Detailed Analysis of the Wind Related Power Fluctuations and Energy Gain of a PMSM Wind Power Station; DEWEK 2006; Bremen, Germany Jensen, Simon; Fuchs, Friedrich W.: Dynamic Operation and Energy Gain of a Wind Power Station with Converter Fed Permanent Magnet Synchronous Machine; NORPIE 2006; Lund, Schweden

Knop, André; Fuchs, Friedrich W.: Condition Monitoring und Diagnose von Leistungselektronik-Generator-Systemen; Poster; 6. Windenergie-Forum 20.04.2006, Flensburg Mohr, Malte; Fuchs, Friedrich W.: Voltage Fed and Current Fed Full Bridge Converter for the Use in Three Phase Grid Connected Fuel Cell Systems; Proceedings of the 5th International Power Electronics and Motion Control Conference, IPEMC 2006, Shanghai. Mohr, Malte; Fuchs, Friedrich W.: Current-Fed Full Bridge Converters for Fuel Cell Systems Connected to the Three Phase Grid; Proceedings of the 32nd Annual Conference of the IEEE Industrial Electronics Society, IECON 06, Paris.

Rothenhagen, Kai; Fuchs, Friedrich W.: Current Sensor Fault Detection by Bilinear Observer for a Doubly Fed Induc-tion Generator, IECON 06, 06.11.-10.11.2006, Paris, France, CD-ROM.

6. Promotionen -

7. Diplomarbeiten / Studienarbeiten Brandenburg, Henrik (SA) Vergleichende kalorimetrische Messungen bezüglich der Halbleiterverlustleis-tungen an Netzpulsstromrichtern mit Spannungszwischenkreis

Carstens, Börge (SA): Meßtechnische Erfassung der Ausgangsspannung eines Umrichters mit einge-prägter Zwischenkreisspannung Cvenarski, Stefan (SA): Vergleichende kalorimetrische Messungen bezüglich der Halbleiterverlustleis-tungen an Netzpulsstromrichtern mit Stromzwischenkreis Detlefsen, Thorben (DA): Modellierung, Simulation und Untersuchung einer Windenergieanlage mit um-richtergespeister Synchronmaschine und deren Netzeinspeisung Dinkhauser, Vincenz (SA): Auswahl, Programmierung und Inbetriebnahme eines Raumzeigermodulations-verfahrens für einen dreiphasigen Matrixumrichter Dinkhauser, Vincenz (DA): Analyse und Realisierung von Verfahren zum Condition Monitoring und zur Diagnose für Leistungselektronik-Generator-Systeme mit doppeltgespeister Asynchronmaschine in Windenergieanlagen Franke, Toke (DA): Analyse, Aufbau und messtechnische Untersuchung eines Z-Source Wechel-richters Jensen, Simon (SA): Aufbau und Inbetriebnahme eines Antriebs mit gleichstromerregter Synchron-maschine, maschinenseitigem Pulsumrichter und netzseitigem Diodenstrom-richter Leiße, Ingmar (DA): Umrichtersystem mit spannungseinprägendem Wechselrichter und mit Hoch-setzsteller für den netzparallelen Betrieb von Brennstoffzellen Möllers, Michael (SA): Simulation, Implementierung und Inbetriebnahme eines Regelungsverfahrens für einen Netzpulsstromrichter mit eingeprägtem Strom Rassy, Matthias (SA): Simulation und Vergleich von Regelungsverfahren ohne Lagegeber für eine doppeltgespeiste Asynchronmaschine Rassy, Matthias (DA): Modellierung, Simulation und Untersuchung des Betriebsverhaltens von Wind-energieanlagen im Verbund Thomsen, Sönke (SA): Beobachtung der Eingangsspannungen einer dopeltgespeisten Asynchronma-schine Thomsen, Sönke (DA): Parameterschätzer zur modellbasierten Fehlerdiagnose für eine doppeltge-speiste Asynchronmaschine

8. Berichte Dannehl, Jörg: Active Damping of grid-connected active rectifiers with LCL-filter, 31.12.06

Wessels, Christian (SA): Entwurf, Aufbau und Inbetriebnahme eines Brennstoffzellen-Simulators mit einer Leistung von 20 kW. Wittig, Björn (SA): Aufbau und Inbetriebnahme eines DC/DC-Wandlers als Hilfsumrichter für Brennstoffzellen-Wechselrichter.

9. Vorträge 1

Bierhoff, Michael: Regelung von Netzpulsstromrichtern mit Strom- und Spannungszwischenkreis (L-, LC- und LCL-Filter), 03/06 Bierhoff, Michael: Spannungsgespeiste und stromgespeiste Netzpulsstromrichter,07/06 Dannehl, Jörg: Regelung von Netzpulsstromrichtern mit L- und LCL-Filter- Stand der Technik, 03/06 Dannehl, Jörg: Analyse von Netzpulsstromrichtern im Frequenzbereich mit der Matlab Control System Toolbox, 07/06 Dannehl, Jörg: Aktive Dämpfung von Netzpulsstromrichtern mit LCL-Filter, 12/06 Mohr, Malte: Aspekte des stromgespeisten Vollbrückenwandlers, 03/06 Mohr, Malte: Schutzbeschaltung stromgespeister Vollbrückenwandler, 07/06 Mohr, Malte: Schnell getaktete DC/DC-Wandler mit hohem Wirkungsgrad,12/06 Boll, Jens: Eingangsstromrekonstruktion für Matrixumrichter, 07/06 Boll, Jens: Schutzkonzepte für Matrixumrichter, 07/06 Boll, Jens: Analyse von Strom- und Spannungsharmonischen beim Matrixumrichter, 12/06 Knop, André: Leistungselektronik- Generatorsysteme in Windenergieanlagen - Anlagenkonzept, 03/06

Knop, André: Leistungselektronik- Generatorsysteme in Windenergieanlagen – Netzanschluss-bedingungen, 07/06 Knop, André: Entwicklung eines Messstromgenerators – Einführung 12/06 Rothenhagen, Kai: Sensorfehlererkennung mit Hilfe eines Beobachters 03/06 Rothenhagen, Kai: Regelung der Doppeltgespeisten Asynchronmaschine 07/06 Rothenhagen, Kai: Regelung der Doppeltgespeisten Asynchronmaschine 07/06 Rothenhagen, Kai Rekonfiguration der Stromregelkreise einer Doppeltgespeisten Asynchronmaschine 12/06 Jensen, Simon: Betrachtung des aktuellen Entwicklungsstandes der regenerativen Energiequelle Windkraft im Anwendungsfall Offshore, 03/06 Jensen, Simon: Modellierung einer Offshore-WEA, 07/06 Jensen, Simon: Detailaspekte der Modellierung einer Offshore-WEA, 12/06 Vorträge im Rahmen der studentischen Studien- und Diplomarbeiten Vorträge im Rahmen der Veröffentlichungen auf Konferenzen ____________________________________________________________________

1 Lehrstuhlinterne Vorträge, falls nicht anders angegeben.

10. Exkursionen Nordex Energy GmbH, Rostock, Windenergie, 17.07.2006 Gemeinschaftkraftwerk Kiel, Kiel, Kraftwerktechnik, 17.11.2006 Hannover-Messe, Technik und Innovation, Schülerfahrt, 28.03.2006

11. Aktuelles Geschehen am Lehrstuhl

Sitzungen des "Kompetenzzentrums Windenergie Schleswig-Holstein CEwind – Forschungsnetzwerk der Hochschulen" alle 1 - 2 Monate, Prof. Fuchs 01/06 Vortrag D. Dunlap, Bussman, GB, Vortrag „Auslegung von Sicherungen für

die Leistungselektronik“ 01/06 Besprechung Umrichter, Fa. Neumag, Neumünster (Fuchs)

02/06 Vortrag H. Dorner, Danfoss, Offenbach, Vortrag „EMV bei Stromrichtern“ 02/06 Dipl.-Ing. Michael Hemming, Enercon Nord, Bargteheide, zu Gast am Lehrstuhl; Vortrag über „Feldorientierte Regelung im industriellen Einsatz 02/06 Versuche der Technik-AG für Gymnasiasten auch im Leistungselektronik-

Labor (3x2 Nachmittage) 02/06 Nachwuchs bei Familie Jensen: Lasse 02/06 Informationsveranstaltung zum Thema Auslandsstudium für Studierende

der TF, Prof. Fuchs, International Center, Studierende 03/06 Sitzung Arbeitskreis Netzpulsstromrichter (Entwurf einer Vornorm) in

Hannover, Prof. Fuchs, Dipl.-Ing. (FH) Michael Bierhoff 03/06 Nachwuchs bei Familie Rothenhagen: Viktoria 03/06 Studieninformationstage der CAU mit Vortrag für den Wirtschaftsingenieur,

Prof. Fuchs 03/06 Seminar „Moderne Leistungshalbleiter“, Leitung Prof. Fuchs 04/06 Geführter Besuch für Schüler zur Industriemesse Hannover (50 Schüler,

Herr Mohr, Rothenhagen) 04/06 Girlsday initiiert von der Informatik mit Vortrag des Lehrstuhls

und Energiefahrad (Bierhoff, Doneit, Fuchs) 04/06 Windenergieforum des CEwind, Flensburg (Jensen, Fuchs) 05/06 Praktikant Kaustubh Chandrabhan aus Indien für 10 Wochen am Lehrstuhl 05/06 Steffan Hansen, Niels Gåde (beide Danfoss Drives, DK) und Paul Thøger

sen (KK-Electronic, DK) zu Gast am Lehrstuhl 06/06 NORPIE-Konferenz in Lund, Schweden. Prof. Fuchs, Dipl.-Ing. (FH) Simon

Jensen 06/06 Vortrag „Offshore Windparks und Leistungstransport ins Hochspannungs-

netz über Drehstrom oder Hochspannungsgleichstrom (HGÜ)“, Fr. Dr. Hanson, ABB, Mannheim

06/06 Normungskommission K331 Leistungselektronik, Berlin, Prof. Fuchs 06/06 Vorstellung der Projekte der Fachgruppe Elektrotechnik des CEwind für Eon

H. Ehlers, Repower, H. Zeumer, H. Dr. Letta, Windtest, H. Möller 07/06 Exkursion mit Studierenden zu Nordex Energy, Rostock 07/06 Prof. Schröder (Universität München) zu Gast am Lehrstuhl; Vortrag über

„Intelligente Strategien für die Mechatronik“ 07/06 Dipl.-Ing. Jörg Dannehl erhält Auszeichnung für das beste Diplom der Elektrotechnik 07/06 Entwicklungsabteilung Fa. Sieb & Meyer zu Gast am Lehrstuhl 08/06 IPEMC-Konferenz in Shanghai, Dipl.-Ing. Malte Mohr

09/06 Tages-Workshop mit dem Gymnasium Elmschenhagen zum Thema „Umweltschonende Verkehrs-systeme“

09/06 Lehrstuhlausflug Radtour Ostsee- küste 09/06 Besprechung bei Firma GEO, Sande,

H.M. Jensen und Mitarbeiter 10/06 Hervorragende Zahlen der Studien

anfänger: Wirtschaftsingenieuresen 79, Elektrotechnik 44, Master 14, Ergänzungsstudiengang 2, insgesamt 139 Anfänger 10/06 Arbeitsgruppe Norm „Netzpulsstromrichter“ in Nürnberg, Prof. Fuchs 10/06 Arbeitsbesprechung bei Siemens PTD, Erlangen (Jensen, Fuchs) 10/06 Arbeitsbesprechung Fa. Jungheinrich 11/06 IECON-Konferenz in Paris, Prof. Fuchs, Dipl.-Ing. (FH) Michael Bierhoff,

Dipl.-Ing. Malte Mohr, Dipl.-Ing. Kai Rothenhagen, Dipl.-Ing. Jörg Dannehl 11/06 DEWEK-Konferenz, Bremen (Jensen, Fuchs) 11/06 Dipl.-Ing. Jörg Dannehl erhält den 2. Rang des Prof. Dr. Werner Petersen-

Preis der Technik 12/06 Prof. Fuchs erhält VDE-Plakette für langjährige, erfolgreiche Normungs

arbeit 12/06 Arbeitsbesprechung Fa. Jungheinrich 12/06 Adventstreffen des Lehrstuhls

12. Gremienarbeit (Prof. Fuchs)

Leiter Prüfungsausschuss Wirtschaftsingenieurwesen Elektrotechnik und Informationstechnik, dabei verantwortliche Erstellung der Bachelorprüfung-sordnung Obmann und deutscher Sprecher in internationalen Gremien (IEC TC22) des Nor-mungskomitees Leistungselektronik (K331) der Deutschen Kommission Elektro-technik (DKE) Gutachter, Session Chair, z.T. Topic Chair (PESC-, EPE-, IECON-Konferenzen, IEEE Transact. on Power Electronics)

13. Dienstleistungsangebot

Analyse und Bewertung sowie Test des Betriebsverhaltens von Leistungs-halbleitern, Leistungselektronik und elektrischen Antrieben:

Betriebsverhalten allgemein, Regelungsverhalten dynamisches Verhalten von IGBTs und MOSFETs Netzrückwirkungen, EMV Wirkungsgrad, Verlustleistung Steuerungs- und Regelungsverhalten

Konzeption, Vorentwicklung, Problemabstellung und Forschung bei Leistungselektronik und elektrischen Antrieben:

Systemkonzeption Realisierbarkeitsstudien Vorentwicklung Unterstützung bei Problemabstellung

Schulungen, Weiterbildung, Gutachten, Beratungen

Schulungs-/Weiterbildungskurse über Leistungselektronik und Elektrische Antriebe an der CAU oder in Firmen (siehe Internet) und Seminar „Anwendung moderner Leistungshalbleiter“ im Haus der Technik, Essen (nächster Termin: September 2007)

Stand: 18.12.06