Auftraggeber:

Voith Hydro

Energiedienst Holding AG

Veranlassung / Zielsetzungen:

• Konzeption einer automatisierten Wasserhaushaltsregelung für das neue Wasserkraftwerk in Rheinfelden mit dem Ziel, dass die Betriebsweise der Staustufe den teilweise konträren Nutzungsanforderungen und Konzessionsbedingungen entspricht
• Überprüfung des ermittelten Regelungskonzepts anhand charakteristischer Zuflussganglinien
• Simulation spezieller, vom Auftraggeber vorgegebener Betriebsfälle (z. B. Turbinennotschluss-Szenarien)

Methoden / Entwicklungen:

• 1D-HN-Modellierung des Stauraums Rheinfelden (HN-Verfahren: STReAM)
• Integration des Modells in die Entwicklungsumgebung von MATLAB/Simulink und Kopplung mit Automatisierungsfunktionen (Staustufensimulationstool)
• Modifikation des Staustufensimulationstools für die Untersuchung spezieller Fragestellungen / Betriebsfälle

Ergebnis:

• Erstellung und Kalibrierung eines instationären HN-Modells für den Stauraum Rheinfelden (nach vollständiger Baufertigstellung des Wasserkraftwerks Rheinfelden)
• Analyse der Charakteristik des Stauraums Rheinfelden mit dem HN-Modell
• Einsatz des Staustufensimulationstools zur Parameterwahl für einen Wasserhaushaltsregler (OW/Q-Regelung); hierbei auch Berücksichtigung ungenauer Zuflussermittlung
• Umfangreiches Variantenstudium zum Vergleich verschiedener Regelungskonzepte
• Berücksichtigung des Einflusses von Stellschritten und Stellzeiten
• Quantifizierung von Schwall- und Sunkwellenhöhen für extreme Szenarien
• Bereitstellung des Modells für Hardware-in-the-Loop-Simulationen durch Voith Hydro
  Hardware-In-The-Loop Simulation: Anbindung einer Speicherprogrammierbaren Steuerung (SPS) an das HN-Modell, dadurch Möglichkeit von ausführlichen Funktionstests unter Betriebsbedingungen ohne Notwendigkeit zur Kopplung mit der realen Anlage

Luftbild der Baustelle Rheinfelden 2009 (Bildquelle: Energiedienst Holding AG)

Übersicht des Stauraummodells Rheinfelden und Verlauf einer Schwallwelle bei Turbinennotschluss