Investigating converter control interactions in the transmission grid

  • Untersuchung von regelungsinduzierten Wechselwirkungen von Umrichtern im Übertragungsnetz

Quester, Matthias Andreas; Moser, Albert (Thesis advisor); Monti, Antonello (Thesis advisor)

Aachen : RWTH Aachen University (2021)
Doktorarbeit

Dissertation, Rheinisch-Westfälische Technische Hochschule Aachen, 2021

Kurzfassung

Die zunehmende Integration von HGÜ-Systemen in das Übertragungsnetz hat zur Folge, dass durch die ansteigende Anzahl an HGÜ-Umrichtern diese auch die Systemstabilität beeinflussen. So wurde gesehen, dass Umrichter und ihre Regelungssysteme mit dem angebundenen Drehstromnetz in Wechselwirkung treten können mit der Folge, dass Strom und Spannung Oszillationen mit hoher Amplitude abseits der Netzfrequenz aufweisen. Um Systemausfälle zu verhindern, müssen diese Wechselwirkungen bereits in der Planungsphase von HGÜ-Systemen identifiziert werden. Ein vielversprechender Ansatz ist hierzu die Untersuchung im Frequenzbereich mittels Impedanzmodellen. Hierfür werden oft analytische Modelle herangezogen. Da diese jedoch ein vollumfängliches Wissen des Umrichters und insbesondere des Regelungssystems voraussetzen, können diese aus Sicht eines Netzbetreibers nicht herangezogen werden, um Herstellerumrichter abzubilden. Aufgrund dessen wird in dieser Arbeit eine Methode entwickelt, die auch auf Blackbox-Systeme und aufgrund der Echtzeitsimulationsfähigkeit auch potentiell auf Umrichterreplikasysteme angewendet werden kann. Die Methode wird eingesetzt, um frequenzabhängige Impedanzen von Zeitbereichsumrichtermodellen und physischen Laborumrichtern herzuleiten. Mittels Störsignaleinspeisungen werden die Impedanzen während der Messung bestimmt, sodass eine hohe Genauigkeit erreicht und zugleich Messdatengrößen minimiert werden können. Der Impedanzvergleich eines Umrichtermodells mit einem Laborumrichter veranschaulicht, dass ein vereinfachtes Umrichtermodell angewendet werden kann, wenn Wechselwirkungen untersucht werden, die Oszillationen zwischen 30 Hz und 3 kHz verursachen. Der Vergleich zeigt zudem, dass der Umrichtertransformator im subsynchronen Frequenzbereich Abweichungen verursacht, die das Zeitbereichsmodell nicht abbilden kann. Mit Hilfe der hergeleiteten Impedanzen wird untersucht, in welchen Netzsituationen Wechselwirkungen instabile Systeme verursachen. Die Ergebnisse zeigen, dass für moderate Kurzschlussleistungsverhältnisse abhängig von Leistungsflüssen und dem Umrichterregelungssystem instabile Netzzustände auftreten können.

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