RT22 | Fehlerstrombegrenzungsregelung für eine dreiphasige Dual-Active-Brücke (DAB)

Der Einsatz von Gleichstromtechnologie in verschiedenen Anwendungsbereichen gewinnt im Hinblick auf eine effiziente und nachhaltige Energieversorgung unter Einbeziehung erneuerbarer Energien und Energiespeichersysteme zunehmend an Bedeutung. Neben Vorteilen hinsichtlich verbesserter Regelbarkeit, Systemeffizienz und Wirtschaftlichkeit stellen Schutzstrategien für Gleichstromnetze im Vergleich zu Wechselstromnetzen aufgrund des fehlenden natürlichen Nulldurchgangs des Stroms eine größere Herausforderung dar. Daher müssen speziell entwickelte Gleichstrom-Leistungsschalter oder Konzepte für schalterlose Gleichstromnetze unter Verwendung strombegrenzender Modulationsverfahren entwickelt werden. Im Rahmen des Forschungsnetzes „ Flexibel e Elektrische Netze (FEN) – Mittelspannungs-Gleichstrom (MVDC)“ wird eine dreiphasige Dual-Active-Bridge (DAB) mit einer Nennleistung von 7 MVA und einer Nennspannung von 5 kV aufgebaut. Die Schaltfrequenz dieses Umrichters beträgt 1 kHz, und drei einphasige Hochfrequenztransformatoren sorgen für die galvanische Trennung und die erforderliche Serieninduktivität. Für Hochleistungsumrichter in unterbrecherlosen Gleichstromnetzen wurde eine Regelung zur Begrenzung des Fehlerstroms entwickelt, die mehrere Aspekte berücksichtigt. Der kritischste Faktor ist dabei die geringe Streuinduktivität der Umrichtertransformatoren, die zu einer hohen Leistungsdynamik im Normalbetrieb und zu übermäßigen Fehlerströmen führt, wenn die Zwischenkreisspannung zusammenbricht. Ein weiteres Problem ist die große minimale Einschaltzeit der verwendeten IGCT-Halbleiter, die den Einsatz herkömmlicher Modulationsverfahren ermöglicht. Dieser Vortrag zeigt eine „Control-hardware-in-the-Loop“-Simulation zur Prüfung der tatsächlichen Umrichter-Regelplattform im Falle eines Netzfehlers. Dazu wird die Regelplattform über Adapterkarten an einen OPAL-RT OP4510-Echtzeitsimulator angeschlossen. Eine Adapterkarte wandelt Glasfasersignale in elektrische Signale um, während die andere Messsignale für die Regelung im geschlossenen Regelkreis zurückführt. Die Umrichter-Wellenformen der Echtzeitsimulation werden mit denen der Offline-Simulation sowie mit Messungen des „ hardware “ bei 2 kV verglichen. Darüber hinaus wird die Modulation zur Begrenzung des Fehlerstroms bei Pol-zu-Pol- und Pol-zu-Erde-Fehlern auf der Steuerungsplattform implementiert und mithilfe der Echtzeitsimulation getestet. Die Ergebnisse werden mit denen der Offline-Simulation verglichen.