Einsatz eines Hochspannungs-Gleichstrom-Übertragung-Systems zum netzstabilisierenden Anschluss von Offshore-Windparks an das Elektroenergiesystem

Ma, Yanyun

Die vorliegende Arbeit befasst sich mit der Hochspannungs-Gleichstrom-Übertragung (HGÜ) zur Einspeisung der elektrischen Energie von Offshore-Windparks an das Elektroenergiesystem (EES). Parallel zu Windparks wird der traditionelle Generator mit dem öffentlichen Netz gebunden. Auf der Basis der vorhandenen Literatur werden Regelungssynthesemethoden für den HGÜ-Wechselrichter vorgeschlagen. Bei Kurzschlusseintritt auf der Leitung können Leistungsschwingungen angeregt werden. Diese werden durch den Onshore-Wechselrichter gedämpft. Der Schwerpunkt wird auf die Dämpfung der Leistungsschwingung gelegt. Die Regelungsstrukturen des Offshore- und Onshore-Wechselrichters sind kaskadenförmig. Zur Regelung der Spannungen an dem Filterkondensator wird eine Kaskadenregelung mit unterlagerter Stromregelung in d-q-Koordinaten vorgeschlagen. Der Wirkstromsollwert der inneren Stromregelung des Onshore-Wechselrichters wird durch die überlagerte Zwischenkreisspannungsregelung bereitgestellt. Durch eine Strombegrenzungsregelung (anti-windup) wird der Wechselrichterschutz realisiert. Zum Schutz der Überspannung der Zwischenkreiskapazität des Onshore-Wechselrichters wird mit einem DC-Chopper ein zusätzlicher Strompfad geschaffen. Zur Netzstabilitätsuntersuchung des Energieversorgungssystems wird der gesteuerte Onshore-Wechselrichter der HGÜ als ein paralleles Netzwerkelement betrachtet, mit dessen Hilfe die Wirkleistungsschwankung gedämpft wird. Wie durch Simulationsergebnisse bewiesen wird, wird die Dämpfung der Leistungsschwingung durch die Wirk- oder Blindleistungseinspeisung vom Onshore-Wechselrichter realisiert.

This thesis focused on the high-voltage direct current (HVDC) for supply of electrical energy from offshore wind farms to the electrical power system (EPS). Based on the existing literatures, control methods for HVDC inverters are proposed in this thesis to connect wind farms (paralleled to the traditional generator) to the power grid and stabilize the power grid. When short circuit occurs in the network, power oscillation can be excited, which will be attenuated by the onshore inverter. In another words, the stabilization of the network connection is achieved by power oscillation damping. In the model of this thesis, the control structures of the offshore and onshore inverter are cascaded. In order to control the voltage of capacitor of the offshore inverter, a cascade control is suggested to be used with inner current control in d-q-coordinates. For the inner current control of the onshore inverter, the rated value of the active current is determined by the other DC link voltage regulator. And through a current limit control (anti-windup), the protection of the onshore inverter could be realized. Meanwhile, the DC link capacity of the onshore inverter could be protected by a DC chopper to avoid overload. The controllable onshore inverter of HVDC, which also can be regarded as a paralleled network component, is used to study the energy supply system stability. With the aid of this element, the active power fluctuation is damped. All of these are proved by simulation results, and the damping of the oscillation power indeed can be realized through the active or reactive power supplied by control of onshore inverter.

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Ma, Yanyun: Einsatz eines Hochspannungs-Gleichstrom-Übertragung-Systems zum netzstabilisierenden Anschluss von Offshore-Windparks an das Elektroenergiesystem. 2013.

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