Analyse des Mechanismus von Spannungsschwankungen aufgrund wiederholter LVRT von Windturbinen basierend auf der Theorie der geschalteten Systeme

Core Concepts

Spannungsschwankungen am Netzanschlusspunkt von Windturbinen werden durch den Wechsel zwischen normalem Betrieb und wiederholter LVRT-Aktivierung verursacht, da die stabilen Gleichgewichtspunkte der beiden Teilsysteme unterschiedlich sind.

Abstract

Die Studie analysiert zunächst die Bedingungen für Spannungsschwankungen aufgrund wiederholter LVRT von Windturbinen durch Lastflussberechnungen. Anschließend wird basierend auf der Theorie der geschalteten Systeme ein Modell des Netzumrichters der Windturbine (WT-GSC) erstellt, das die externen Impedanzen und internen Regeldynamiken berücksichtigt. Durch Parametersubstitution wird der dynamische Verlauf verschiedener elektrischer Größen während des wiederholten Ein- und Austritts der Windturbine in/aus LVRT analysiert, um den Mechanismus der Spannungsschwankungen aufzuzeigen. Schließlich wird das Phänomen der Spannungsschwankungen am Netzanschlusspunkt der Windturbine durch Simulation verifiziert und der Einfluss von Faktoren wie Netzkurzschlussverhältnis, Wirkleistungsabgabe der Windturbine, Regelverzögerung und dynamischer Blindstromregelung auf die Charakteristik der Spannungsschwankungen untersucht.

Stats

Die Übertragungsimpedanz zwischen Windturbine und Netz beträgt R + jωL. Die Nennspannung der Windturbine beträgt vN. Der Nennstrom der Windturbine beträgt IN.

Quotes

"Spannungsschwankungen am Netzanschlusspunkt von Windturbinen werden durch den Wechsel zwischen normalem Betrieb und wiederholter LVRT-Aktivierung verursacht, da die stabilen Gleichgewichtspunkte der beiden Teilsysteme unterschiedlich sind." "Mit zunehmender Regelverzögerung nimmt die Frequenz der Spannungsschwankungen ab und die Amplitude zu, da die Dämpfung des Systems schwächer wird und der Stabilitätsgrad abnimmt." "Mit zunehmendem dynamischen Blindstromregelkoeffizienten nimmt die Frequenz der Spannungsschwankungen leicht ab, die Amplitude jedoch zu, da die Dämpfung des Systems schwächer wird und der Stabilitätsgrad abnimmt."

Key Insights Distilled From

Research on Mechanism of Voltage Oscillation Caused by Repeated LVRT of Wind Turbine Based on Switched System Theory

by Qiping Lai,C... at arxiv.org 04-02-2024

https://arxiv.org/pdf/2404.01155.pdf

Deeper Inquiries

Wie lässt sich das Phänomen der Spannungsschwankungen durch geeignete Regelungsstrategien der Windturbine weiter untersuchen und minimieren?

Um das Phänomen der Spannungsschwankungen durch geeignete Regelungsstrategien der Windturbine weiter zu untersuchen und zu minimieren, können verschiedene Ansätze verfolgt werden. Optimierung der aktiven Leistungsregelung: Durch eine präzise Steuerung der aktiven Leistungsausgabe der Windturbine kann die Spannung am Netzanschlusspunkt stabilisiert werden. Dies kann durch die Implementierung von prädiktiven Regelungsstrategien oder fortschrittlichen Regelungsalgorithmen erreicht werden. Verbesserung der reaktiven Leistungsregelung: Eine effiziente Steuerung der reaktiven Leistungsausgabe ist entscheidend, um die Spannungsschwankungen zu minimieren. Die Einführung von dynamischen reaktiven Leistungsregelungsstrategien, die auf Echtzeitdaten basieren, kann dazu beitragen, die Spannung am Netzanschlusspunkt auf einem stabilen Niveau zu halten. Berücksichtigung von Netzrückwirkungen: Die Windturbine sollte in der Lage sein, auf Netzstörungen und -schwankungen angemessen zu reagieren. Durch die Implementierung von netzstützenden Funktionen wie der Blindleistungskompensation kann die Stabilität des Netzes verbessert und die Spannungsschwankungen minimiert werden. Simulation und Modellierung: Durch die Nutzung von Simulationssoftware können verschiedene Szenarien und Regelungsstrategien für die Windturbine getestet werden, um deren Auswirkungen auf die Spannungsschwankungen zu bewerten. Dies ermöglicht es, optimale Regelungsparameter zu identifizieren und zu implementieren. Durch die Kombination dieser Ansätze und die kontinuierliche Überwachung und Anpassung der Regelungsstrategien kann das Phänomen der Spannungsschwankungen durch geeignete Maßnahmen weiter untersucht und minimiert werden.

Welche Auswirkungen haben andere Faktoren wie Windgeschwindigkeit, Netzfrequenz oder Netzimpedanz auf die Charakteristik der Spannungsschwankungen?

Windgeschwindigkeit: Die Windgeschwindigkeit hat einen direkten Einfluss auf die Leistungsausgabe der Windturbine. Bei höheren Windgeschwindigkeiten wird mehr Energie erzeugt, was zu einer erhöhten aktiven Leistungsausgabe führt. Dies kann zu Spannungsschwankungen führen, insbesondere wenn die Windturbine in ein schwaches Netz integriert ist. Netzfrequenz: Änderungen in der Netzfrequenz können die Stabilität des Netzes beeinflussen und zu Spannungsschwankungen führen. Eine instabile Netzfrequenz kann die Reaktionsfähigkeit der Windturbine beeinträchtigen und die Spannung am Netzanschlusspunkt destabilisieren. Netzimpedanz: Die Netzimpedanz, insbesondere die Impedanz zwischen der Windturbine und dem Hauptnetz, spielt eine wichtige Rolle bei der Charakteristik der Spannungsschwankungen. Eine hohe Netzimpedanz kann zu Spannungsabfällen und -schwankungen führen, insbesondere wenn die Windturbine aktiv in das Netz eingreift. Diese Faktoren können die Charakteristik der Spannungsschwankungen beeinflussen und sollten bei der Entwicklung von Regelungsstrategien und der Integration von Windenergieanlagen in das Netz berücksichtigt werden.

Wie können die Erkenntnisse aus dieser Studie auf andere Arten von Energiewandlern in schwachen Netzen übertragen werden?

Die Erkenntnisse aus dieser Studie können auf andere Arten von Energiewandlern in schwachen Netzen übertragen werden, indem ähnliche Ansätze und Strategien angewendet werden. Modellierung und Simulation: Die Entwicklung von mathematischen Modellen und die Durchführung von Simulationen können dazu beitragen, die dynamischen Eigenschaften von Energiewandlern in schwachen Netzen zu verstehen und geeignete Regelungsstrategien zu entwickeln. Optimierung der Leistungsregelung: Durch die Optimierung der aktiven und reaktiven Leistungsregelung können Energiewandler in schwachen Netzen stabilisiert werden, um Spannungsschwankungen zu minimieren und die Netzstabilität zu gewährleisten. Berücksichtigung von Netzrückwirkungen: Die Anpassung der Regelungsstrategien an die spezifischen Netzbedingungen und -anforderungen ist entscheidend, um eine zuverlässige und stabile Integration von Energiewandlern in schwache Netze zu gewährleisten. Durch die Anwendung der Erkenntnisse und Methoden aus dieser Studie auf andere Energiewandler in schwachen Netzen können effektive Lösungen zur Verbesserung der Netzstabilität und Minimierung von Spannungsschwankungen entwickelt werden.