Entwicklung und Validierung von Schätzstrategien für den Polradwinkel von Synchronmaschinen

Abstract

Die vorliegende Arbeit beschäftigt sich mit dem Entwurf von Schätzern zur Bestimmung des Polradwinkels von Synchronmaschinen. Der Polradwinkel wird in der Regelung von Synchronmaschinen zur Schwingungsstabilisierung verwendet. Eine Ermittlung erfolgt derzeit mit quasistationären Ansätzen. Diese liefern jedoch bei hoher Dynamik ungenaue Schätzungen. Daher wird hier ein anderer Ansatz mit Zustandsbeobachterkonzepten herangezogen. Als Ausgangspunkt dient ein in der Literatur beschriebenes Modell der Synchronmaschine. Für die weiteren Schritte werden daraus einfachere reduzierte Modelle ermittelt. Auf Basis dieser reduzierten Modelle werden Kalman-Filter sowie Extended-Kalman-Filter entworfen. Abschließend werden mit verschiedenen Störungen die Schätzergebnisse der jeweiligen Schätzer überprüft. Es zeigte sich, dass die Schätzmodelle trotz Störungen gute Schätzwerte liefern. Zur Minimierung der Einflüsse von Messrauschen wird ein Savitzky-Golay-Filter entwickelt. Die Ermittlung des Polradwinkels konnte wesentlich verbessert werden im Vergleich zu quasistationären Methoden.

The present diploma thesis deals with the design of estimators for the determination of the rotor displacement angle of synchronous machines. The rotor displacement angle is used in the control of synchronous machines for vibration stabilization. A determination is typically based on quasi-stationary approaches. However, these approaches provide inaccurate estimates in the dynamic operation of synchronous machines. Therefore, a different approach with new estimator concepts is used here. At the beginning, a model of a synchronous machine described in the literature is given. For the further steps, this model is simplified and reduced. With these reduced models, Kalman-Filters as well as Extended-Kalman-Filters are designed. Finally, the results of the estimators are verified taking into account different disturbances. It is shown that these estimators provide good estimated values. Additionally, a Savitzky-Golay Filter is used for reducing noise. The determination of the rotor angle could be significantly improved compared to quasi-stationary methods.