PT Unknown
AU Wessels, C
TI Durchfahren von Netzfehlern bei Windenergieanlagen mit FACTS
PY 2013
PU Christian-Albrechts-Universität zu Kiel
WP https://macau.uni-kiel.de/receive/diss_mods_00010410
LA de
DE Windenergie; Fault Ride Through
AB Mit zunehmender Integration dezentraler Windenergieanlagen (WEA) in das Energieversorgungsnetz sollen diese netzstabilisierende Funktionen übernehmen. Dazu gehört unter
anderem das unterbrechungsfreie Durchfahren von Netzfehlern, besser bekannt unter dem
englischen Begriff Fault Ride Through (FRT).
In dieser Arbeit wird die FRT Fähigkeit moderner, stromrichtergespeister WEA als Einzelsystem, sowie in Kombination mit Flexible AC Transmission Systems (FACTS) untersucht.
Nach einer Einleitung in Kapitel 1 werden in Kapitel 2 die technischen Anforderungen aus
relevanten, deutschen Richtlinien zur Netzintegration von WEA aufgeführt.
In Kapitel 3 werden die Grundlagen zu leistungselektronischen Systemen für WEA gelegt.
Dabei werden die Topologie und die Funktion der beiden meistverwendeten Generatorsysteme in WEA, das mit doppeltgespeister Asynchronmaschine und das mit permanenterregter
Synchronmaschine, sowie von Spannungseinbruchgeneratoren und FACTS gegeben.
In Kapitel 4 wird der FRT von WEA mit doppeltgespeistem Asynchrongenerator behandelt.
Die dynamische Modellierung der Rotorspannung zeigt, dass bei Netzfehlern verschiedene Spannungskomponenten im Rotor induziert werden. Für eine unterbrechungsfreie Rotorstromregelung muss die maximale Ausgangsspannung des rotorseitigen Umrichters an die
erhöhte Rotorspannung angepasst sein. Die untersuchten Methoden zum FRT umfassen die
Verwendung eines Rotorwiderstandes (Crowbar), sowie eine modifizierte Regelungsstruktur
für symmetrische und unsymmetrische Netzspannungen. Die dabei eingesetzten resonanten
Regler erweitern die FRT Fähigkeit des Systems. Die Regelung des Generators unter unsymmetrischer Netzspannung wird gesondert behandelt. Die konventionelle Regelung wird
dabei durch resonante Regler und eine Leistungsberechnung unter Berücksichtigung der negativen Sequenz erweitert. Dies führt wahlweise zur Glättung des Drehmomentes oder der
Statorleistung.
In Kapitel 5 wird der FRT einer WEA mit Vollleistungsumrichter und permanenterregter
Synchronmaschine untersucht. Zur Dissipation der überschüssigen Leistung im Zwischenkreis bei Netzfehler werden der Einsatz eines Brems-Choppers im Zwischenkreis und eine kinetische Energiespeicherung untersucht. Für das netzseitige Betriebsverhalten unter
unsymmetrischen Netzspannungsbedingungen wird eine angepasste Regelungsstruktur des Netzpulsstromrichters aufgezeigt und verschiedene Regelziele zur Verringerung der Spannungsoberschwingungen im Zwischenkreis oder zur Leistungsglättung verglichen.
In Kapitel 6 wird der Einsatz von FACTS-Umrichtern an WEA untersucht, um diesen einen
unterbrechungsfreien Betrieb bei Fehlern der Netzspannung zu ermöglichen. Die umrichterbasierten FACTS-Varianten Dynamic Voltage Restorer und StatCom werden als geeignete
Lösung zur Kompensation von Netzfehlern ausgewählt. Die Untersuchungen zur Kompensation von Netzfehlern durch einen Dynamic Voltage Restorer oder einen Static Compensator
an einer WEA mit doppeltgespeister Asynchronmaschine demonstrieren, dass die Überauslegung des rotorseitigen Umrichters der WEA dann nicht notwendig ist. Außerdem wird der
Einsatz eines StatCom Umrichters an WEA mit Asynchrongeneratoren, die drehzahlfest ohne Umrichter am Netz betrieben werden, untersucht. Der StatCom wird so geregelt, dass die
Spannungsstabilität erhöht und Drehmomentpulsationen verringert werden.
PI Kiel
ER