31.4 : Transiente Stabilität und Systemkontrollen

Im wachsenden Bereich der Windenergie ist die Integration von Windturbinenmodellen in die transiente Stabilitätsanalyse von wesentlicher Bedeutung. Induktions- und Synchronmaschinen sind die hauptsächlich verwendeten Modelle, wobei Induktionsmaschinen aufgrund ihrer Einfachheit und Zuverlässigkeit vorherrschen.

Induktionsmaschinen interagieren durch das rotierende Magnetfeld, das vom Stator und Rotor erzeugt wird. Der Schlüsselparameter ist der Schlupf, also die Differenz zwischen Synchrondrehzahl und Rotordrehzahl relativ zur Synchrondrehzahl. Bei Synchrondrehzahl ist der Schlupf null, beim Motorbetrieb positiv und beim Generatorbetrieb negativ. Die mechanische Dynamik umfasst die Trägheitskonstante (H) und die Differenz zwischen mechanischem und elektrischem Drehmoment (T_m−T_e).

Ein vereinfachtes elektrisches Modell für eine Induktionsmaschine mit Einzelkäfig stellt die äquivalente Spannung hinter dem Statorwiderstand und der Übergangsreaktanz dar. Zu den wichtigsten Parametern gehören die Leerlaufzeitkonstante für den Rotor und die synchrone Reaktanz, die aus Streureaktanz und Hauptreaktanz abgeleitet wird.

Das elektrische Drehmoment und die Wirkleistung am Anschluss werden durch die internen Spannungen und Ströme der Maschine bestimmt. Induktionsmaschinen verbrauchen normalerweise Blindleistung, die durch einen negativen Wert angezeigt wird.

Es gibt vier verschiedene Typen von Windturbinenmodellen:

Typ 1 und Typ 2: Diese Modelle verwenden Induktionsgeneratoren. Typ 1 hat einen festen Rotorwiderstand, während Typ 2 einen variablen Rotorwiderstand zur besseren Steuerung verwendet, der die Zeitkonstante und Leistungsabgabe der Maschine beeinflusst.

Typ 3 und Typ 4: Diese fortschrittlichen Modelle (doppelt gespeiste Asynchrongeneratoren und Vollumrichtersysteme) ermöglichen die Steuerung sowohl der Wirk- als auch der Blindleistung. Typ 3 verwendet Umrichter zur Rotorstromsteuerung und bietet einen großen Drehzahlbereich. Typ 4 entkoppelt den Generator vom Netz, bietet flexible Steuerung und eliminiert die mechanische Kopplung mit der Turbinendynamik.

Um Windturbinenmodelle zu verstehen, muss die Interaktion zwischen elektrischen und mechanischen Komponenten analysiert werden, um eine genaue Stabilitätsanalyse zu ermöglichen.