Dreiphasige Synchronsteuerung für hybride Hochstromeinschaltsysteme

Abstract

In dieser Arbeit werden die theoretischen Grundlagen und die Entwicklung einer Steuerung für eine dreiphasige Synchronsteuerung für hybride Hochstromeinschaltsysteme beschrieben. Dabei wird auf eine bestehende Entwicklung von Hybridschaltern aufgebaut, welche für Prüfungen im Leistungsversuchsfeld des Austrian Institute of Technology (AIT) eingesetzt werden sollen.<br />Dazu ist zunächst eine Analyse der Einsatzumgebung (Leistungsversuchsfeld) und der bereits entwickelten Hybridschalter notwendig, um die Anforderungen bzw. Spezifikationen bestimmen zu können. Als Grundlage für die Entwicklung der Steuerung, wird sodann das Einschaltverhalten eines einphasigen Hybridschalters genau analysiert.<br />Basierend auf diesen Grundlagen kann ein dreiphasiges Modell für den Einschaltvorgang entwickelt werden. Für das Konzept der Hardware wird auf die Anforderungen der bereits vorhanden Hybridschalter Rücksicht genommen. Auf die Entwicklung der notwendigen Software-Bedienoberfläche bzw. Steuerungssoftware für die eingesetzten Mikrocontroller wird ebenfalls eingegangen. Das entwickelte Gesamtkonzept sieht vor, dass die Software durch die Eingabe aller für den Einschaltvorgang wichtigen Parameter, die notwendigen Ansteuerungsmaßnahmen berechnet und anschließend ausführt. Ein weiterer Aspekt ist die Validierung bzw.<br />Simulation der Hardware/Software. Zunächst wird die Hardware und Teile der erarbeiteten Grundlagen mit PSpice simuliert und die Ergebnisse zur Überprüfung herangezogen. Für die Validierung des Gesamtkonzepts kommt im Rahmen von "Hardware-in-the-loop" ein Echtzeitsimulator zum Einsatz, welcher es ermöglicht, die entwickelte Steuerung zu testen. Dies geschieht durch eine Simulation des Hybridschalters auf dem zuvor genannten Echtzeitsystem. Damit ist es möglich, sowohl die entwickelte Hardware als auch die entwickelte Software zu validieren. Zuletzt wird noch ein Ausblick auf die weitere Entwicklung und Ausbaufähigkeit des Projekts gegeben.<br />

This master thesis presents a simulation-based development of a three-phase hybrid switchgear. Conventional mechanical switches show a considerably high dispersion of the mechanical inherent time. This makes it impossible to switch on the current at a defined time. By using a combination of a mechanical switch and thyristor devices, which have a high switching accuracy, into a single switch, a new type of component is created called hybrid switch. This system is able to switch high currents with a switching accuracy of a few degrees. The concept of the hybrid switchgear and its control strategies are described in detail in this master thesis. By using a simulation-based development process the hybrid switchgear was first tested using offline simulations. A first prototype of the controller hardware was developed and validated using Controller Hardware in the Loop (C-HIL) simulation. In this master thesis a C-HIL simulation for the validation of the switching accuracy of the hybrid switchgear is presented. The results show that the controller fulfils the required switching accuracy and is able to handle the dispersion of the mechanical inherent time.<br />