Regelung HGÜ-Umrichter

Regelung eines HGÜ-Umrichters als fiktiver Maschinensatz

Zur dezentralen Regelung eines HGÜ-Verbundnetzes wird eine neuartige Regelstruktur untersucht. Dabei wird der Umrichter als fiktiver Maschinensatz betrachtet.

Abb. 1 zeigt den Aufbau eines mehrere Wechselstromnetze übergreifenden HGÜ-Verbundnetzes. Zur Kopplung der unterschiedlichen Netze auf Gleichstromebene werden selbstgeführte Umrichter eingesetzt. Der zur Regelung jedes Umrichters eingesetzte fiktive Maschinensatz besteht jeweils aus einer fremderregten Synchronmaschine (EESM), welche starr mit einer fremd-erregten Gleichstrommaschine (GSM) gekoppelt ist. Die Ständerspannungen u_S und Ständerströme i_S der Synchronmaschine stellen dabei die Netzspannungen und Netzströme des dreiphasigen Wechselstromnetzes dar, die Ankerspannung u_a sowie der Ankerstrom der Gleichstrommaschine entsprechen der Spannung und dem Strom des Gleichstromnetzes. Zur Regelung der Ständerströme der fiktiven Synchronmaschine wird ein unterlagerter Stromregler in dq-Komponenten integriert. Abb. 2 zeigt die komplette Struktur der Regelung eines Umrichters.

Aufgrund der physikalischen Eigenschaften der Maschinen lassen sich die Auf- bzw. Abgabe von Wirk- und Blindleistung des Umrichters über die Erregerspannungen der beiden Maschinen einstellen. Die Steuerung der Wirkleistung erfolgt dabei über die Erregerspannung u_f,dc der GSM, die Steuerung der Blindleistung über die Erregerspannung u_f,sm der EESM. In Abb. 3 ist das Verhalten des Maschinensatzes bei einem Anstieg der Erregerspannung der GSM dargestellt.

Durch den Anstieg der Erregerspannung ändert sich das Drehmoment der GSM mit der Zeitkonstanten des Erregerkreises, welche sich aus der Induktivität der Erregerwicklung ergibt. Aufgrund der starren Kopplung beider Maschinen ergibt sich somit ein Drehmomentanstieg der EESM und damit einhergehend ein Anstieg der abgegebenen Wirkleistung des Umrichters, da dessen Netzströme den Ständerströmen der EESM entsprechen. Bedingt durch den sprunghaften Anstieg der Erregerspannung der GSM ergibt sich ein transientes Verhalten der Blindleistung während des Ausgleichvorgangs, d.h. der Reaktion der EESM auf die Drehmomentänderung. Während dieser Zeit bricht die fiktive Drehzahl des Maschinensatzes kurz ein. Es ist zu beachten, dass es sich bei dem Maschinensatz lediglich um ein Rechenmodell handelt, welches, basierend auf den physikalischen Eigenschaften realer Maschinen, eine Abbildung eines HGÜ-Umrichters darstellt. Durch die Analyse des dynamischen Verhaltens des Gesamtsystems konnte gezeigt werden, dass sich die Struktur des fiktiven Maschinensatzes zur dezentralen Regelung eines HGÜ-Umrichters eignet. Im nächsten Schritt erfolgt die Implentierung der Regelung auf der Mikrorechnerkarte zur Steuerung eines NGÜ-Umrichters in der Maschinenhalle des IALB.

Gefördert von der Deutschen Forschungsgemeinschaft unter der Projektnummer OR 81/24-1