Systementwurf von Spannungszwischenkreisumrichtern in einem schwachen Netz

摘要

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.