Simulation einer Synchronmaschine mit Vollumrichter in SIMSEN

Abstract

Die steigende Elektrizitätsproduktion aus erneuerbaren Energiequellen hat eine große Herausforderung in Europa mit sich gebracht. Dabei handelt es sich um den Unterschied zwischen der volatilen Energieproduktion und dem Energieverbrauch. Der Energieverbrauch verhält sich mit seinem regelmäßigen Tagesverlauf heutzutage fast wie vor ein paar Dekaden. Für die Energieproduktion gilt dies jedoch nicht. Leicht steuerbare Energiequellen wie Kernkraftwerke oder ¿fossile¿ Kraftwerke werden vermehrt durch die umweltfreundliche Windkraft oder Solarkraft ersetzt. Die Energieproduktion hängt dabei von der Sonnenstrahlung und von dem Wind ab. Sie kann zwar prognostiziert werden, jedoch nicht beliebig genau. Um die Lücken zwischen der Produktion und dem Verbrauch zu löschen, werden vermehrt Energiespeicher eingesetzt. In der vorliegenden Diplomarbeit wird der elektrische Teil eines Pumpspeicherkraftwerks modelliert und in Simulationssoftware SIMSEN simuliert. Die prinzipielle Funktionsweise eines Pumpspeicherkraftwerks wird im Kapitel 2 beschrieben. Kurze Beschreibung der Simulationssoftware SIMSEN findet im Kapitel 3 statt. Das Ziel der Diplomarbeit war es den Vergleich zwischen dem vollständigen und dem vereinfachten Modell des elektrischen Subsystems zu machen. Die beiden Modelle werden im Kapitel 4 vorgestellt, deren Vergleich anhand von diversen Simulationsszenarien findet im Kapitel 5 statt. Im letzten Kapitel werden die zukünftigen Weiterentwicklungen diskutiert. Insbesondere werden hier fortgeschrittene Regelungsverfahren für ein besseres transientes Verhalten erwähnt. Weiters wird auf diverse Pulsmuster bei der Pulsweitenmodulation eingegangen, um die totale harmonische Verzerrung niedrig zu halten.

The rising electricity production from renewable energy sources has created a challenging engineering task in Europe. The main problem is the difference between the volatile energy production and more or less predictable consumption. The energy consumption with its regular daily variations behaves itself almost as in the last decades. This statement however is not true about the energy production. Easily controllable power plants, such as nuclear or coal power plants are steadily replaced by more eco-friendly wind or solar power plants. The electricity production depends thus on wind and solar radiation, and can be predicted, but not arbitrarily wished. In order to decrease this consumption-production gap, additional energy storage facilities are being built. In this diploma thesis, the electrical part of a pumped storage hydro power station is modelled and simulated using the SIMSEN software. The working principle of a pumped storage hydro power plant is explained in chapter 2. Short description of the SIMSEN simulation tool is in chapter 3. The main goal of this thesis was the comparison between a complete and a simplified model of electrical part of the pumped storage hydro power station. Both models are introduced in chapter 4, and their comparison is in chapter 5. The last chapter deals with possible future development. Especially, advanced techniques in synchronous motor control for a better transient behaviour will be discussed. Moreover, different pulse forms of the pulse-width modulation for lower total harmonic distortion will be considered.