Systementwurf von Spannungszwischenkreisumrichtern in einem schwachen Netz

Dang, Pengpai GND

In many power systems a three-phase PWM converter is a major topology and interfaces renewable energy source with a power grid.For some converter systems power grid is weak, which is typically characterized by the high grid impedance. A weak grid can lead to new problems for design of this power converter system.The unbalanced operating conditions occur in the converter system. They can cause harmonics both on the AC side and the DC side of the converter system. Such harmonics not only deteriorate the performance of the system but also increase the stress on the DC link capacitor.A weak power grid can intensify the influences of the unbalanced operating condition in the converter system. Therefore, in this dissertation a new control for the converter system is proposed under unbalanced operating condition, in order to eliminate these harmonics, thus decrease the size of DC link capacitor.Furthermore, the influences of the unbalanced condition should be considered to dimension the semiconductor and the DC link capacitor in the converter system. The analysis results are compared with that under balanced condition.In practical applications several converters are connected in parallel to a weak grid. Here the converters could influence mutually. In this work the dynamic interaction of the converters is in detail analyzed. Based on the analysis, the methods are given, in order to improve the robustness of the converter.Finally the simulations and experiments are carried out to verify the validity of the theoretical analyses.

In modernen elektrischen Netzen stellt der PWM-Stromrichter, der zwischen einer Energiequelle und dem elektrischen Netz geschaltet ist, eine zunehmend wichtige Topologie dar. Bei den Energiequellen handelt es sich vornehmlich um solche, die den erneuerbaren Energien zuzuordnen sind. In derartigen Konfigurationen sind häufig schwache Netze vorhanden, die durch eine grosse Netzimpedanz gekennzeichnet sind. Das schwache Netz kann zu neuen Problemen bei der Auslegung des Stromrichters führen. Es treten unsymmetrische Betriebsbedingungen im fehlerhaften Fall auf. Sie koennen Harmonische niederer Ordnung sowohl auf der AC- als auch auf der DC-Seite hervorrufen. Diese verschlechtern nicht nur die Performance des elektrischen Systems sondern erhoehen auch die Belastung des Zwischenkreiskondensators. Ein schwaches Netz kann den Einfluss der unsymmetrischen Betriebsbedingungen auf den Stromrichter verstaerken. In der vorliegenden Arbeit wird ein neuartiger Stromregler vorgeschlagen, der in der Lage ist, unter unsymmetrischen Betriebsbedingungen zu arbeiten und stoerende Harmonische zu eliminieren. Weiterhin werden die Einflüsse der Unsymmetrien auf die Dimensionierung der Leistungshalbleiter und des Zwischenkreiskondensators des Stromrichters analysiert. Die Ergebnisse der Analyse werden mit denen des unter symmetrischen Betriebsbedingungen arbeitenden Systems verglichen und bewertet. In der praktischen Anwendung sind haeufig mehrere Stromrichter parallel an ein schwaches Netz angeschlossen. Hier koennen sich die Stromrichter gegenseitig beeinflussen. In der Dissertation werden die dynamischen Wechselwirkungen zwischen den Stromrichtern detailliert untersucht. Auf der Basis der Analyseergebnisse werden Methoden erarbeitet, die auf die Erhöhung der Robustheit der Funktion des einzelnen Stromrichters abziehen. Anhand simulativer und experimenteller Untersuchungen wird die Gültigkeit der theoretischen Analysen verifiziert.

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Dang, Pengpai: Systementwurf von Spannungszwischenkreisumrichtern in einem schwachen Netz. 2015.

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