Netzfehlerrobuste hochsetzende Stromrichteranordnung mit dem Matrixumrichter für Windkraftanlagen

Von:

Nico Remus

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Windkraftanlagen (WKA) tragen den größten Anteil der erneuerbaren Energien im deutschen Strom-Mix. Anlagen mit doppelt gespeistem Asynchrongenerator (DASG) sind neben Anlagen mit fremderregter Synchronmaschine wegen ihrer Wirtschaftlichkeit weit verbreitet. Die mangelnde Fähigkeit, Netzfehler zu durchfahren und gleichzeitig das Netz in seiner Stabilität zu unterstützen, führt jedoch zum Rückgang des Aufbaus neuer WKA mit dem DASG. Diese Arbeit schlägt eine Generatoranordnung des DASG vor, bei welcher der hochsetzende direkte Matrixumrichter (HDMU) zum Einsatz kommt. Die neue Generatoranordnung erlaubt es, den Generator auch bei tiefen Netzspannungseinbrüchen vollständig kontrollierbar zu betreiben und das Netz durch Einspeisen von Blindleistung zu unterstützen. Zuerst wird die Regelung des HDMU als Vollumrichter entwickelt, der einen Käfigläufer-Asynchrongenerator (ASG) speist. Während darauf Wert gelegt wird, dass die etablierte feldorientierte Regelung elektrischer Maschinen möglichst unverändert eingesetzt werden kann, wird die Regelstruktur für den HDMU vorgestellt, welche die freie Einstellung des Netzblindstromes innerhalb der Grenzen des HDMU erlaubt. Auf dieser Struktur baut die Regelung der neuen Generatoranordnung mit dem DASG auf, wobei die Aufschaltung der Statorklemmen auf die Kondensatoren des Netzfilters abweichende und zusätzliche Maßnahmen der Regelung nach sich zieht. Nach dem experimentellen Nachweis der Funktionsfähigkeit der Generatoranordnungen des ASG und des DASG wird der Blindleistungsstellbereich analytisch bestimmt und durch Messungen validiert. Ein Vergleich zu den in Deutschland geltenden Netzanschlussbedingungen erlaubt eine Bewertung bezüglich der Fähigkeit, zur Netzstabilität beitragen zu können.