Hahn C (2018)
Publication Language: German
Publication Type: Thesis
Publication year: 2018
Publisher: FAU University Press
City/Town: Erlangen-Nürnberg
In dieser Arbeit werden umfassende Modelle von selbstgeführten
höherstufigen Multiterminal-HGÜ-Systemen abgeleitet und deren
Regelungen ausgelegt. Die Ableitung der mathematischen Modelle erfolgt im
Laplace-Bereich und ermöglicht, neben ihrem Einsatz in Netzberechnungssoftware,
die Auslegung und Optimierung der Regelung des Systems.
Basierend auf den grundlegenden Prämissen, wie der Verwendung gesteuerter
Spannungsquellen anstelle einer Reihenschaltung hunderter Submodule,
werden die AC- und DC-seitigen Modelle des MMC sowie des DC-Netzwerks
abgeleitet. Die Ableitung der Modelle der AC-Seite erfolgt dabei in
dq-Koordinaten, da die dq-Transformation im stationären Zustand
Gleichgrößen liefert. Die Modellierung des DC-Netzes erfolgt als
Verschaltung von - respektive T-Gliedern und wird zunächst für Punkt-zu-
Punkt und anschließend auch für radiale sowie vermaschte Multiterminal-
Systeme abgeleitet. Es werden zwei Möglichkeiten präsentiert, die AC- und
DC-Seite der Modelle miteinander zu verbinden. Die erste Variante baut auf
der Annahme eines instantanen Leistungsgleichgewichts auf. Die zweite
Methode sieht die Anwendung eines Energiemodells vor, welches überdies
die Speicherfähigkeit der Submodule abbildet. Es resultieren zwei Arten von
Modellen: Ein vereinfachtes HGÜ-Modell, welches nur die AC-Seite des
MMC und den DC-Kreis berücksichtigt, wobei beide Komponenten unter der
Annahme eines instantanen Leistungsgleichgewichts verbunden werden. Das
umfassende HGÜ-Modell beinhaltet sowohl das AC- als auch das DC-seitige
Modell des MMC sowie das Modell des DC-Netzwerks und das
Energiemodell der Submodule.
Der zweite Teil dieser Arbeit behandelt das Regelverhalten von MMCbasierten
Multiterminal-HGÜ-Systemen. Die verschiedenen Regler des
Systems können unter Verwendung geeigneter Auslegungsverfahren, wie dem
Symmetrischen Optimum oder dem Betragsoptimum, hinsichtlich
hochdynamischen Führungsverhaltens eingestellt werden. Die kaskadierte
Regelung der Wirk- und Blindleistung sowie der DC-Spannung und Energie
kann sowohl über die unterlagerten Netz- als auch Differenzstromregler
erfolgen. Zwei von vier untersuchten Varianten zeigen besonders vorteilhafte Ergebnisse: Im sogenannten Szenario 2 wird die Wirkleistung über die ACund
die Energie über die DC-Seite geregelt: Hierbei lassen sich signifikante
Vorteile für die Stützung des AC-Netzes erkennen, da wesentlich schneller
auf Störungen reagiert werden kann. In Szenario 4 wird die Wirkleistung über
die DC- und die Energie über die AC-Seite geregelt, was in deutlichen
Vorteilen für das DC-Netzwerk resultiert, da die Energie aller Module über
die AC-Netze bezogen wird und die Wirkleistungsregelung bei Störungen im
DC-Netzwerk die Einspeisung schneller anpasst. Im Anschluss wird die
Reglerauslegung auf Multiterminal-Systeme ausgeweitet; dabei werden für
die Voltage Margin Method und Voltage Droop Control allgemeingültige
Einstellregeln abgeleitet, die bei einer maximalen Störeinspeisung
bzw. -ausspeisung die Einhaltung eines vorgeschriebenen Spannungsbandes
gewährleisten.
Der Test und Vergleich der im Rahmen dieser Arbeit entwickelten Modelle
und Regelungen mit einem EMT-Modell liefert für alle Szenarien eine sehr
breite Übereinstimmung sowie ein konsistentes dynamisches Verhalten des
gesamten Systems.
APA:
Hahn, C. (2018). Modellierung und Regelung selbstgeführter, höherstufiger Multiterminal-HGÜ-Systeme mit Gleichspannungszwischenkreis (Dissertation).
MLA:
Hahn, Christoph. Modellierung und Regelung selbstgeführter, höherstufiger Multiterminal-HGÜ-Systeme mit Gleichspannungszwischenkreis. Dissertation, Erlangen-Nürnberg: FAU University Press, 2018.
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