Kurzschlussverhalten von doppelt gespeisten Asynchrongeneratoren (DFIG)

Abstract

Windkraftanlagen werden zunehmend an das elektrische Netz angeschlossen. Bei einem Fehlerauftritt im Netz ist deren Einfluss auf dem Kurzschlussstrom von Interesse, um Schutzeinrichtungen richtig dimensionieren zu können. Heutzutage sind doppelt gespeisten Asynchrongeneratoren weit verbreitete Generatoren in Windkraftanlagen, während in konventionellen thermischen und in hydraulischen Kraftwerken meist Synchrongeneratoren eingesetzt werden. In dieser Diplomarbeit wird ein Modellnetz mit dezentraler Einspeisung über einen doppelt gespeisten Asynchrongenerator sowie über einen Synchrongenerator untersucht. Dabei werden die Kurzschlüsse miteinander verglichen. Die Umrichter im Rotorkreis des doppelt gespeisten Asynchrongenerators können mit einer Crowbar von unzulässigen Strömen geschützt werden. Diese werden in dem Simulationsmodell berücksichtigt und deren Auswirkungen ebenfalls betrachtet. Dafür werden unsymmetrische Fehler auf einer Leitung im Mittelspannungsnetz simuliert und die Mit- und Gegensystem-Stromkomponente untersucht und analytisch kontrolliert. Um die Verwendbarkeit der Simulationsmodelle zu zeigen, wurden die dynamischen Kurzschlussverläufe der Simulationen mit analytischen Berechnungen überprüft.

As wind power plants are increasingly connected to the grid, it seems crucial to understand their influence on the short-circuit current when a fault occurs in the grid, in order to properly dimension the protection devices. Nowadays are doubly-fed induction generators the most widespread generators in wind power plants, whereas synchronous generators are often to be found in conventional thermal and in hydraulic power stations. In this master thesis, a network model with distributed generation through a doublyfed induction generator as well as through a synchronous generator will be investigated. Short-circuits will be simulated in both cases in order to compare the models. The power converters of a doubly-fed induction generator can be protected from too high currents thanks to a crowbar. It will be implemented in the model and its impacts on short-circuit current will be studied. For that matter, unsymmetrical faults on a medium-voltage line will be simulated and the positive and negative sequence currents will be extracted and calculated analytically. To show the accuracy of the simulation models, the dynamic behavior of the simulated short-circuit current was verified analytically.