Untersuchung des transienten Verhaltens von Windenergieanlagen mit doppeltgespeistem Asynchrongenerator bei dreipoligen Kurzschlüssen

Zusammenfassung

Der steigende Anteil der erneuerbaren Energien an der Bruttostromerzeugung in Deutschland führt zunehmend zu einer Umstrukturierung des Elektroenergiesystems (EES). Durch die hohe Anzahl bereits installierter Windenergieanlagen (WEA) und den steigenden Ausbau von WEA verändert sich u. a. das Kurzschlussverhalten in den unterschiedlichen Netzebenen. Zur Berechnung von Kurzschlussströmen in Drehstromnetzen wird die Methode der Ersatzspannungsquelle an der Kurzschlussstelle nach der internationalen Norm IEC 60909-0 und dem deutschen Äquivalent DIN EN 60909-0 verwendet, die seit Dezember 2016 WEA berücksichtigt. Darin werden WEA mit doppeltgespeistem Asynchrongenerator (DGAG) durch einen impedanzbasierten Ansatz beschrieben, der auf Messergebnissen aus der Anlagenzertifizierung und einem vom Hersteller anzugebenden Faktor k basiert. Zur Ermittlung des Kurzschlussverhaltens von WEA mit DGAG wird im Rahmen dieser Arbeit das transiente Verhalten von WEA mit DGAG bei dreipoligen Klemmenkurzschlüssen untersucht. Aufbauend darauf werden vereinfachte Berechnungsvorschriften zur Bestimmung charakteristischer Kurzschlussstromkenngrößen (Anfangs-Kurzschlusswechselstrom und Stoßkurzschlussstrom) abgeleitet.

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Bibliographische Angaben

Copyrightjahr: 2020
ISBN-Online: 978-3-95900-511-1
Verlag: TEWISS, Garbsen
Reihe: Berichte aus dem IfES
Band: 01/2020
Sprache: Deutsch
Seiten: 227
Produkttyp: Monographie

Inhaltsverzeichnis

KapitelSeiten

Titelei/Inhaltsverzeichnis Kein Zugriff Seiten I - XVIII
1. 1.1 Hintergrund und Motivation Kein Zugriff
2. 1.2 Forschungsfrage und Zielstellung Kein Zugriff
3. 1.3 Aufbau der Arbeit Kein Zugriff
1. 2.1 Einführung Kein Zugriff
2. 2.2 Grundlagen der Kurzschlussstromberechnung Kein Zugriff
3. 2.3 Berechnung des Kurzschlussstrom-Zeitverlaufs Kein Zugriff
4. 2.4 Berechnung des Anfangs-Kurzschlusswechselstroms Kein Zugriff
1. 3.1 Drehzahlstarre Windenergieanlagen Kein Zugriff
2. 3.2 Drehzahlvariable Windenergieanlagen Kein Zugriff
3. 3.3 Anforderungen an Windenergieanlagen bei Kurzschlüssen im Energieversorgungsnetz Kein Zugriff
4. 3.4 Berücksichtigung von Windenergieanlagen in der Kurzschlussstromberechnungnach der Methode der Ersatzspannungsquelle an der Kurzschlussstelle Kein Zugriff
1. 4.1 Aerodynamisches Modell Kein Zugriff
2. 4.2 Mechanisches Modell Kein Zugriff
3. 4.3 Elektrisches Modell einer Asynchronmaschine Kein Zugriff
4. 4.4 Modell des Frequenzumrichters Kein Zugriff
5. 4.5 Schutzkonzepte einer WEA mit DGAG bei Netzfehlern Kein Zugriff
6. 4.6 Möglichkeiten der Blindstromeinspeisung im Kurzschlussfall Kein Zugriff
1. 5.1 Kurzschlussverhalten an den Klemmen des Stators Kein Zugriff
2. 5.2 Kurzschlussverhalten an den Klemmen des netzseitigen Konverters Kein Zugriff
1. 6.1 Verhalten einer WEA mit DGAG bei einem dreipoligen Kurzschluss mitkurzgeschlossenen Rotorklemmen (KSASYM) Kein Zugriff
2. 6.2 Verhalten einer WEA mit DGAG bei einem dreipoligen Kurzschluss mitkonstanter Rotorspannung (URKONSTANT) Kein Zugriff
3. 6.3 Verhalten einer WEA mit DGAG bei einem dreipoligen Kurzschluss mit einem Sprung der Rotorspannungsänderung (SPRUNG) Kein Zugriff
4. 6.4 Verhalten einer WEA mit DGAG bei einem dreipoligen Kurzschluss mit einem Anstieg der Rotorspannungsänderung (ANSTIEG) Kein Zugriff
5. 6.5 Verhalten einer WEA mit DGAG bei einem dreipoligen Kurzschluss mit Regelung(REGELUNG) Kein Zugriff
6. 6.6 Vergleich der unterschiedlichen Rotorspannungseinspeisungen Kein Zugriff
7. 6.7 Analyse des Verlaufs des Statorstroms aus dem analytischen Modell Kein Zugriff
1. 7.1 Beitrag des Stators zum Anfangs-Kurzschlusswechselstrom Kein Zugriff
2. 7.2 Beitrag des netzseitigen Konverters zum Anfangs-Kurzschlusswechselstroms Kein Zugriff
3. 7.3 Resultierender Anfangs-Kurzschlusswechselstrom einer WEA mit DGAG Kein Zugriff
1. 8.1 Berechnungsergebnisse aus Simulationsmodell und analytischem Modell Kein Zugriff
2. 8.2 Zeitpunkt des Stoßkurzschlussstroms des Stators bei kurzgeschlossenen Rotorklemmen Kein Zugriff
3. 8.3 Ermittlung des Faktors Kein Zugriff
4. 8.4 Beiträge zum Stoßkurzschlussstroms Kein Zugriff
5. 8.5 Vorschlag zur Berechnung des Stoßkurzschlussstroms in DIN EN 60909-0 Kein Zugriff
9 Zusammenfassung und Ausblick Kein Zugriff Seiten 171 - 176
10 Literaturverzeichnis Kein Zugriff Seiten 177 - 184
1. 11.1 Transformationsmatrizen der reellen Koordinatensysteme Kein Zugriff
2. 11.2 Transformationsmatrizen der komplexen Koordinatensysteme Kein Zugriff
3. 11.3 Transformationsmatrizen zwischen den Raumzeigern in einem ruhendenund umlaufenden Koordinatensystem Kein Zugriff
4. 11.4 Beispiel für die Berechnung des Stoßkurzschlussstroms Kein Zugriff
5. 11.5 Messverfahren nach DIN EN 61400-21 Kein Zugriff
6. 11.6 Begriff der Vorsteuerung Kein Zugriff
7. 11.7 Richtwerte für die Reglerparameter der netzseitigen Konverterregelung Kein Zugriff
8. 11.8 Berechnung einer komplexen Wurzel Kein Zugriff
9. 11.9 Partialbruchzerlegung Kein Zugriff
10. 11.10 Laplace-Rücktransformationen Kein Zugriff
11. 11.11 Herleitung des Statorstroms über Eigenwerte und Eigenvektoren Kein Zugriff
12. 11.12 Ergänzung zur Umformung des netzseitigen Konverterstroms Kein Zugriff
13. 11.13 Bemessungsdaten von Asynchrongeneratoren Kein Zugriff
14. 11.14 Vergleich der Nullstellen des charakteristischen Polynoms Kein Zugriff
15. 11.15 Betriebsmitteldaten der Testumgebung Kein Zugriff
16. 11.16 Startwerte für die Berechnung von dreipoligen Kurzschlüssen einer WEAmit DGAG Kein Zugriff
17. 11.17 Verläufe des Statorstroms bei verschiedenen Windgeschwindigkeiten Kein Zugriff
18. 11.18 Berechnung der Sollwerte der Rotorspannungsänderung Kein Zugriff
19. 11.19 Grafische Auswertung des Anfangs-Kurschlusswechselstroms Kein Zugriff
20. 11.20 Einsetzen der Näherungen in die Hilfsfaktoren Kein Zugriff
21. 11.21 Einsetzen der genäherten Nullstellen bei Kurzschluss an Knoten K2 Kein Zugriff
22. 11.22 Ergänzungen zum Anfangs-Kurzschlusswechselstrom bei Anstieg der Rotorspannungsänderungim analytischen Modell Kein Zugriff
23. 11.23 Berücksichtigung des Blocktransformators im Maschinenmodell Kein Zugriff
24. 11.24 Übersicht der Modifikationsfaktoren unterschiedlicher Bemessungsleistung Kein Zugriff
25. 11.25 Ergebnisse der linearen Modifikationsfaktoren Kein Zugriff
26. 11.26 Ergebnistabellen des Faktors zur Berechnung des Stoßkurzschlussstroms Kein Zugriff
27. 11.27 Vergleich der Ansätze zur Ermittlung des Faktors kappa bei einem dreipoligenKurzschluss an Knoten K2 Kein Zugriff
28. 11.28 Ergebnistabellen des modifizierten R/X-Verhältnisses Kein Zugriff
29. 11.29 Gleichungen zur Berechnung des Faktors kappa nach der Ersatzfrequenzmethode Kein Zugriff