Analysis and control of resonances in HVDC connected DFIG-based offshore wind farm / von M. Sc. Yonggang Zhang ; Gutachter: Prof. Dr.-Ing. habil. Martin Wolter, Prof. Dr.-Ing. Krzysztof Rudion

Abstract

Wechselwirkungen zwischen den weit verbreiteten wechselrichtergekoppelten Netzkomponenten und den passiven Netzkomponenten können einen breiten Frequenzbereich von Resonanzen aufweisen, wodurch massive harmonische Verzerrungen hervorgerufen und sogar die Systemstabilität gefährdet werden. Ihre Folgen könnten die Trennung erneuerbarer und konventioneller Stromerzeuger vom Netz oder die physische Beschädigung empfindlicher Netzanlagen sein. Motiviert durch die Resonanzereignisse der letzten Jahre in windintegrierten Stromversorgungssystemen, untersucht diese Dissertation die resonanzinduzierten harmonischen Verzerrungs- und Stabilitätsprobleme in einem Offshore-Windpark (OWF) mit doppelt gespeisten Asynchrongeneratoren (DFIG) und Netzanschluss mittels Hochspannungsgleichstromübertragung (HGÜ). Ziel dieser Dissertation ist es, die Resonanzen genau zu charakterisieren, ihre Risiken zu bewerten und Lösungen für die Gestaltung der Minderungsstrategie bereitzustellen. Um die dynamischen Eigenschaften eines DFIG-basierten Windparks genau zu erfassen, wird eine umfassende Impedanzmodellierung unter Berücksichtigung des detaillierten PIRegelkreises und der Gleichstromdynamik der Windkraftanlage sowie der Kabelverbindungen des Mittelspannungskollektorsystems (MV) durchgeführt. Durch schrittweise Simulationsüberprüfungen hat sich die aggregierte Modellierung des MVKollektorsystems für die Breitbandresonanzanalyse als geeignet erwiesen. Auf dieser Grundlage wurden sowohl die Bode-Plot-Methode als auch der Ansatz der Resonanzmodusanalyse (RMA) angewendet, um die Resonanzprobleme unter Berücksichtigung verschiedener Betriebsbedingungen des Windparks und Änderungen der Netz-Topologie anzugehen. Ihre Auswirkungen auf die Resonanzfrequenz, die harmonische Verzerrungen und die Dämpfungen zu Resonanzen werden untersucht. Die Orte, an denen Resonanzen am einfachsten angeregt werden können, werden durch die Busbeteiligungsfaktoranalyse identifiziert. Darüber hinaus wird der Einfluss der Frequenzkopplungseffekte von Steuerungs- und Schaltvorgängen für asymmetrische Wandler auf subsynchrone Resonanz- (SSR), Mittel- und Hochfrequenzresonanzen unter Verwendung der aggregierten Modelle analysiert, die aus einem praktischen HGÜverbundenen DFIG-basierten OWF abgeleitet wurden. Für den Frequenzbereich von mehreren Hz bis zu einigen kHz werden große harmonische Verzerrungs- und Stabilitätsprobleme gezeigt. Um den negativen Einfluss von Resonanzen auf die Stromqualität und die Systemstabilität zu verhindern, wurde eine Reihe aktiver Dämpfungsmöglichkeiten untersucht und in das untersuchte windintegrierte Stromnetz implementiert, und es wird eine koordinierte Dämpfungsstrategie vorgeschlagen, mit der Breitbandresonanzen effektiv gedämpft werden können. Schließlich validieren Simulationen in MATLAB / Simulink die Ergebnisse der Impedanzmodellierung, der Resonanzanalyse sowie die Wirksamkeit der Breitbandresonanzdämpfungsstrategie.