Notwendige Modellierungstiefe einer Stromerzeugungsanlage für die Simulations-Nachweise zur Erfüllung von Netzanschlussregeln

Abstract

Für den Nachweis bestimmter Anforderungen der Technischen und organisatorischen Richtlinien (TOR) an Stromerzeugungsanlagen, ist die simulative Nachweisführung vorgesehen. Die Richtlinien zur Konformität von Stromerzeugungsanlagen in Österreich (RKS-AT) bilden den Leitfaden für diese Nachweisführung. In der vorliegenden Arbeit werden verschiedene Aspekte der herangezogenen Simulationsmodelle betrachtet und welche Auswirkung diese auf die Ergebnisse der Untersuchungen gemäß RKS-AT haben.Der Fokus dieser Arbeit liegt in der Analyse von Simulationsmodellen für synchrone Schenkel- polmaschinen und deren Effekt auf die Fault Ride Through (FRT)-Fähigkeit. Zur Beurteilung der FRT-Fähigkeit wurden die Critical Fault Clearing Time (CFCT) und der maximale Polradwinkel bei festgelegter Fehlerklärungszeit herangezogen. Zu den untersuchten Einflüssen zählen die Vorfehlerbedingung in Form von eingespeister Wirk- und Blindleistung sowie das Spannungsniveau am Netzanschlusspunkt. Die FRT-Fähigkeit wurde zudem unter dem Einfluss der Simulationsmethode als auch bestimmter Eigenschaften des Generatormodells analysiert. Bei der Untersuchung der notwendigen Modellierungstiefe erfolgte die Auswertung der FRT-Fähigkeit unter Berücksichtigung verschiedener Komponenten im Modell der Stromerzeugungsanlagen. Dies betraf verschiedene Erregermodelle als auch Modelle für Turbinenregler und die hydraulische Strecke der Turbine. Neben den grundlegenden Modellen wurden zusätzliche Begrenzungsfunktionen der Erregung und die konkrete Wahl der Parameter der Erregermodelle analysiert. Die aufgezählten Änderungen am Simulationsmodell bewirkten wesentliche Unterschiede bei der FRT-Fähigkeit, deren Ausmaß verschieden groß ausfällt. Während sich die Modellierung der Erregung und des Turbinenreglers positiv auf die CFCT auswirkte, wiesen die meisten Begrenzungsfunktionen der Erregung keinen Einfluss auf. Die Erkenntnisse werden im Detail in den Ergebnissen dieser Arbeit dargelegt.Die Analyse der Modellierungsgenauigkeit hinsichtlich der FRT-Fähigkeit wurde abgerundet unter Betrachtung der Unschärfe von Betriebsmitteldaten. Sowohl die Unschärfe der Daten des Generators als auch des Transformators wurden untersucht. Zudem wurde der Einfluss der Kenndaten des externen Netzes am Netzanschlusspunkt erforscht.Als weiterer Aspekt gemäß RKS-AT wurde die Blindleistungskapazität bei Maximalkapazität behandelt. Dies ist ein durch Minimalkriterien vorgegebener Gegenstand der Nachweisführung gemäß TOR. Es wurden Unterschiede ermittelt, welche sich durch das im Generatormodell hinterlegte Leistungsdiagramm und das Modell des Transformators ergeben. Die Ergebnisse werden in Form eines Spannungs-/Blindleistungs-Diagramms dargestellt.

For the proof of certain requirements for power generation plants according to Technical and Organizational Requirements (TOR) in Austria, simulative verification is essential. The document Richtlinien zur Konformität von Stromerzeugungsanlagen in Österreich (RKS-AT) (in Englisch: Guidelines for the conformity of power generation plants in Austria) forms the guideline for this proof. In the presented work, various aspects of the used simulation models are considered andit is determined what impact they have on the results of the investigations according to RKS-AT. The focus of this work is on the analysis of simulation models for synchronous salient pole machines and their effect on the Fault Ride Through (FRT) capability. To assess the FRT capability theCritical Fault Clearing Time (CFCT) and the maximum rotor angle at specified clearing time are used. The influences examined include the pre-fault condition in form of active and reactive power before the error occurs as well as the voltage level at the grid connection point. The FRT capability was also analyzed under the influence of the simulation method and characteristics of the generator model. When examining the necessary modeling depth, the FRT capability was evaluated taking various components in the model of the power generation plants into account. This refers to various excitation models as well as models for turbine controllers and the hydraulic system of the turbine. In addition to the basic models limiting functions of the excitation and the specific choice of the parameters were analyzed. The listed changes to the simulation model had significant effects on the FRT capability of systems. The impact varied depending on the specific change of the model. While the modeling of the excitation and the turbine controller had a positive effect on the CFCT, most of the excitation limiting functions had no influence. The findings are presented in detail in the results of this work.The analysis of the modeling accuracy with regard to FRT capability was concluded by the consideration of the uncertainty of equipment data. Both the uncertainty of the data from the generator and the transformer were examined. In addition, the influence of the data for modeling the external grid at the connection point was examined.Another aspect according to RKS-AT was the reactive power capacity at maximum power. This is an object of proof specified by minimal criteria according to TOR. The differences, which result from the capability diagram stored in the generator model and the model of the transformer, were determined. The results are shown in a voltage/reactive power diagram.