Entwicklung und Erprobung eines Messsystems für harmonische Impedanzen netzbildender Stromrichter

  • Motivation

     

    Im zukünftigen Stromnetz wird der Großteil aller Einspeisungen und Lasten aus leistungselektronischen Systemen bestehen. Dies bietet eine Vielzahl an neuen Möglichkeiten, birgt aber auch das Risiko von unerwünschten Interaktionen zwischen diesen Systemen. Eine Methode das Verhaltens von Umrichtern in einem weiten Frequenzbereich zu beschreiben, ist die harmonische Impedanz.

    Am Elektrotechnischen Institut (ETI) wurde in den vergangenen Jahren ein Prüfsystem entwickelt, mit dessen Hilfe ein Test-Spannungssystem mit überlagerten Anregungen variabler Frequenz und Amplitude erzeugt werden kann, um diese harmonische Impedanz von Umrichtern zu vermessen. Weiterhin wird am ETI der Betrieb und die Stabilität von rein leistungselektronischen Netzen anhand eines institutseigenen Inselnetz getestet. In diesem Inselnetz können Effekte wie die Interaktion von Umrichtern untereinander sowie daraus resultierende Instabilitäten eine entscheidende Rolle spielen.

     

    Aufgabenstellung

     

    Ziel dieser Arbeit ist die Erweiterung des bestehenden Prüfsystems zur Messung und Modellierung der Impedanz von netzbildenden Stromrichtern. In einem ersten Schritt soll die Einarbeitung in die Themen Netzemulatoren und netzbildende Stromrichter erfolgen. Anschließend soll in einer Simulationsumgebung die geplante Vermessung unter idealen Bedingungen betrachtet werden und mit analytischen Modellierungen verglichen werden. Weiterhin werden simulativ verschiedene Konzepte der Stromregelung auf ihre Eignung geprüft und evaluiert. Ein großer Teil der Arbeit liegt in der praktischen Umsetzung: Der am ETI eingesetzte Netzemulator muss hierzu um einen Koppelschrank mit einer Induktivität, messtechnischer Ausstattung sowie einer Stromregelung auf dem FPGA des Netzemulators erweitert werden. Das Messystem wird anschließend mit geeigneten Lasten und in ausgewählten Betriebspunkten getestet, bevor die Impedanz eines netzbildenden Test-Stromrichters im relevanten Frequenzbereich automatisiert gemessen wird. Hiermit können dann die Einflüsse verschiedener Regelungsparameter untersucht werden. Abschließend können mit den bestimmten Impedanzen real auftretende Interaktionen zwischen mehreren Stromrichtern analysiert und unterdrückt werden.