FRT-Verhalten von umrichtergespeisten Synchronmaschinen beim Netzwiederaufbau

Im Rahmen dieser Arbeit werden die Themen konventionelle Wasserkraftanlage, drehzahlvariable Pumpspeichereinheit mit vollumrichtergespeister Synchronmaschine (CFSM), Netzfehler sowie die dynamische Netzstabilität in Untersuchungen zur Robustheit von Inselnetzen gegen elektrische Fehler beim Netzwiederaufbau behandelt. Bei der Integration von der CFSM in den Netzwiederaufbau wird die Dynamik des Netzes maßgebend beeinflusst, da die vorhandene Schwungmasse reduziert wird und sich das Stabilitätsverhalten der Maschine verändert. Diese Arbeit zielt somit darauf ab, das FRT-Verhalten der CFSM bei externen elektrischen Fehlern zu analysieren, um die dynamische Stabilität im Inselnetz zu verbessern. Die Arbeit lässt sich in sechs Hauptkapitel aufteilen. Im Einleitungskapitel werden die Ausgangssituation, die Problemstellung sowie die Forschungsfrage, die Zielsetzung und der methodische Ansatz genauer erläutert. Die Forschungsfrage ¿Wie wirkt sich ein externer dreipoliger Kurzschluss auf die Stabilität eines schwachen Inselnetzes mit einem dominanten umrichtergespeisten Verbraucher aus und welche Schlüsse können für die Durchführung eines realen Feldversuchs gezogen werden?¿ wird im Rahmen dieser Arbeit beantwortet. Kapitel 2 bildet die theoretischen Grundlagen ab. Dabei werden zu Beginn die einzelnen Teile der Anlage beschrieben. Folgend wird genauer auf das Thema Schwarzstartfähigkeit eingegangen. Am Ende dieses Kapitels werden die diversen Kurzschlussprozesse sowie die dynamische Netzstabilität erläutert. Kapitel 3 befasst sich mit der Modellierung, also der verwendeten Software sowie den bestehenden Modellen und deren Anpassungen. Die Untersuchung der Fragestellung wird mithilfe einer Simulation in DIgSILENT PowerFactory durchgeführt. Dabei werden die bestehenden Anlagenmodelle der konventionellen Wasserkraftanlage und einer drehzahlvariablen Pumpspeichereinheit mit einer vollumrichtergespeisten Synchronmaschine integriert. Das Modell wird um einen Turbinenregler für die CFSM erweitert, um die dynamischen Prozesse zu veranschaulichen. Kapitel 4 umfasst die Simulation, die sich grob in die statische Berechnung und die dynamische Kurzschlussanalyse unterteilen lässt. Bei der Simulation werden in der statischen Analyse der maximale und minimale Kurzschlussstrom sowie der Spannungseinbruch ermittelt. In der dynamischen Analyse wird der dreipolige Kurzschluss an verschiedenen Fehlerorten simuliert und das Frequenzverhalten sowie die kritische Fehlerklärungszeit (CCT) zur Bewertung der Stabilität untersucht. Ebenso werden Versuche mit einem zusätzlichen Inselnetz und einer Lastzuschaltung durchgeführt. In Kapitel 5 werden Ableitungen aus der Simulation für den Feldversuch gezogen. Es zeigt sich, dass die CFSM signifikante Vorteile hinsichtlich der kritischen Fehlerklärungszeit sowie des Einschwingverhaltens und der damit verbundenen Post-Fault-Stabilität bietet. Diese Erkenntnisse bilden die Basis für einen Feldversuch. Kapitel 6 der Arbeit schließt mit einer Zusammenfassung und einem Ausblick ab.