Dr.-Ing. Alfred Engler
Dr.-Ing. Alfred Engler
Dr.-Ing. Alfred Engler
Dr.-Ing. Alfred Engler

Dissertation

Regelung von Batteriestromrichtern in modularen und erweiterbaren Inselnetzen

Ausgehend von einer kurzen Darstellung der "modularen Systemtechnik", als besonders gut geeignete Möglichkeit für den Aufbau von netzkompatiblen Inselversorgungssystemen werden in der vorliegenden Arbeit mögliche Komponenten modularer Systeme regelungstechnisch und elektrisch klassifiziert. Dabei wird deutlich, daß die Voraussetzung für ein erweiterbares, dezentral aufgebautes System gleichberechtigte netzbildende Einheiten - bevorzugt Batteriestromrichter - sind. Die Forderung nach Erweiterbarkeit der Systeme bedeutet die Parallelschaltung von als Spannungsquellen ausgeführten Netzbildnern. Aufgrund des dezentralen Aufbaus der Versorgungssysteme muß zusätzlich eine aufwendige Kommunikation vermieden werden. Die Untersuchung der Anforderungen an Batteriestromrichter motivierte insbesondere die Entwicklung einer einphasigen Regelung, die einfach auf dreiphasige Systeme erweitert werden kann.

 

Wie oben verdeutlicht wird, gibt die Analyse der Möglichkeiten für die Netzbildung in modularen Systemen enge Vorgaben für den regelungstechnischen Ansatz einer geeigneten netzbildenden Einheit. Es wird in dieser Arbeit aber auch gezeigt, daß insbesondere der erforderliche Parallelbetrieb von Spannungsquellen kritisch ist. Dies ist vor allem in den systemtechnisch bedingt kleinen Kopplungsinduktivitäten, die zu sehr hohen Streckenverstärkungen führen, begründet. Ebenfalls ist der Verzicht auf Kommunikation bei der Parallelschaltung von gleichberechtigten Stromrichtern unüblich. Entsprechend liegt ein Schwerpunkt dieser Arbeit in der Entwicklung und Erprobung eines Regelungskonzepts für gleichberechtigte Batteriestromrichter, die netzkompatibel und kommunikationslos parallelschaltbar sind.

 

Größte Herausforderung bei der Entwicklung der geforderten einphasigen Regelung ist die schnelle Bestimmung von Wirk- und Blindleistung, um die jeweiligen, für den kommunikationslosen Parallelbetrieb notwendigen Statiken steuern zu können. Der in der vorliegenden Arbeit entwickelte neuartige Algorithmus zur schnellen Leistungsbestimmung zeichnet sich durch seine Filterwirkung, den Verzicht auf eine Nulldurchgangserkennung und seine Einfachheit aus. Dieser Algorithmus und die Einführung einer Vorsteuerung für die Phase der Wechselrichter erlaubt einen problemlosen Parallelbetrieb von Spannungsquellen.

 

Die Funktion des Parallelbetriebs wurde mit Simulationen und im Laborbetrieb bestätigt. Die Qualität des erzielten Abgleichs zwischen den Stromrichtern zeigt sich in den geringen Ausgleichsströmen und der sehr guten Lastaufteilung. Im Vergleich mit den wenigen, meist sehr jungen Veröffentlichungen in diesem Bereich zeichnet sich das in dieser Arbeit entwickelte Verfahren für den Parallelbetrieb durch seine Einfachheit, der vollständigen Netzkompatibilität und der Möglichkeit, die Steigung der Statiken frei festzulegen, aus. Neben den Anwendungen in der dezentralen Stromversorgung ist dieses Verfahren für die USV-Technik bedeutend, da es echte Redundanz ermöglicht. Weiterhin wird in der Arbeit gezeigt, daß die Einbindung von Asynchrongeneratoren mit dem entwickelten Verfahren ebenfalls einfach möglich ist.

 

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© 2019 Alfred Engler