Untersuchung von Interaktionen zwischen netzbildenden und netzfolgenden Stromrichtern in einem leistungselektronischen Inselnetz

  • Motivation

     

    Am Elektrotechnischen Institut (ETI) wird zurzeit ein eigenständiges Inselnetz zur Untersuchung zukünftiger leistungselektronischer Netze und deren Regelung neu aufgebaut. Dabei sollen alle für den Netzbetrieb notwendigen Aufgaben wie etwa die Spannungsregelung und Leistungsaufnahme von Umrichtern übernommen werden, um so beispielhaft ein Stromnetz mit rein erneuerbarer Erzeugung und intelligenten Lasten nachzubilden. Für den Aufbau des Inselnetzes werden mehrere gleichartige Umrichtersysteme mit Leistungen bis zu 40 kW verwendet, welche in einer vorausgehenden Arbeit bereits in Betrieb genommen wurden. In einer vorangegangenen Arbeit wurde ebenfalls eine erste Version einer netzbildenden Regelung implementiert und getestet. Darauf aufbauend sollen in dieser Arbeit netzbildende und netzfolgende Systeme im Verbund auf ein stabiles Zusammenspiel untersucht werden.

     

    Aufgabenstellung

     

    Ziel dieser Arbeit ist der stabile Betrieb eines leistungselektronischen Inselnetzes, bestehend aus netzbildend und netzfolgend geregelten Stromrichtern. Der Hauptbestandteil ist daher die detaillierte Betrachtung der auf den Systemen laufenden Regelungsstrukturen, sowie deren Zusammenspiel. Dazu soll zuerst eine Literaturrecherche zu den relevanten Themen und eine Einarbeitung in die vorhandenen Regelungskonzepte und Prüfstände erfolgen. Anschließend sollen im Hauptteil der Arbeit die Regelungen im Zustandsraum und als harmonische Impedanz modelliert werden, um so Aussagen über mögliche unerwünschte Interaktionen treffen zu können. Hierbei kann auch auf Erweiterungen der Regelungen, wie etwa Active Damping oder gezielte Impedanzformung eingegangen werden. Die Aussagen der analytischen Modellierung können dann in einer simulativen Umgebung bestätigt werden. Für die experimentelle Validierung sollen die untersuchten Regelungen mit den kritischen Parametervariationen zuletzt auch auf den vorhandenen Prüfständen implementiert werden, um so die Ergebnisse der Simulation durch Messungen am institutseigenen Inselnetz zu validieren. Weitere Aufgabengebiete, die im Rahmen der Arbeit je nach Bedarf bearbeitet werden können, umfassen die Betrachtung alternativer netzbildender Regelungsverfahren, die Implementierung der netzbildenden Regelung auf einem FPGA und die Erweiterung der Stabilitätsbetrachtung bis herab auf die Netzfrequenz