Untersuchung der FRT-Fähigkeit eines Hydrogenerators aufgrund der TOR-Richtlinie

Motivation
Aufgrund der neuen TOR-Erzeuger Richtlinien, welche auf Basis der EU-Verordnung „Requirements for Generators“, kurz „RfG“, beruhen, sind neue und größer revidierte Stromerzeugungsanlagen verpflichtet, einen Konformitätsnachweis zu erbringen. Eine wichtige Anforderung stellt die Fault-Ride-Through Fähigkeit dar, welche die transiente Stabilität bei Spannungseinbrüchen berücksichtigt.

Inhalt der Untersuchung
Aufgrund der derzeit nicht vorhandenen Prüf- bzw. Simulationsvorschriften wurden verschiedene Simulationsmethoden analysiert, welche einen Spannungseinbruch erzeugen können. In Anschluss erfolgte eine Analyse relevanter Größen durch Variation bestimmter Parameter innerhalb des Simulationsprogramms DIgSILENT - PowerFactory.

Folgende Simulationsmethoden wurden untersucht:
  •  Methode mit Fehlerimpedanz (rein resistiv, rein induktiv, Mix)
  •  Methode mit netzseitiger Spannungsquelle und Impedanz (Ersatzschaltbild des Netzes)

Abbildung 1 zeigt einen beispielhaften Verlauf des Polradwinkels während eines Spannungseinbruches auf 30 % des Vorfehlerwertes für eine Fehlerdauer von 150 ms. Von großer Bedeutung für die Erfüllung der FRT-Fähigkeit ist die dynamische Stabilität bzw. der Verlauf des Polradwinkels. Erreicht der Polradwinkel einen Grenzwert, so kann kein stabiler Betriebspunkt nach der Fehlerklärung erreicht werden und die Stromerzeugungsanlage fällt außer Tritt.

Abbildung 1: Beispielhafter Verlauf des Polradwinkels während eines  Spannungseinbruches auf 30 % der
Vorfehlerspannung für eineFehlerdauer von 150 ms

Als ein wichtiger Einflussparameter, erwies sich der Betriebspunkt des Synchrongenerators vor dem Fehlereintritt. Ergebnisse zeigten, dass der untererregte Betriebsfall (Bezug von Blindleistung aus dem Netz) den kritischen Bereich darstellt. Der „kritischste“ Betriebspunkt erweist sich bei maximaler Leistung und untererregtem Betrieb.

In Abbildung 2 ist das Betriebsdiagramm eines Schenkelpol-Synchrongenerators zu sehen. Die farbliche Skalierung stellt die critical fault clearing time dar. Zusätzlich sind Isolinien mit konstanten critical fault clearing time Werten hinterlegt.

Abbildung 2: PQ-Diagramm mit spannungsabhängiger Begrenzung und critical fault clearing time Werten

In Anlehnung an die Untersuchung wurde eine Studie in Zusammenarbeit mit der Energie AG Oberösterreich mit einem realen Laufwasserkraftwerk über die FRT-Fähigkeit der synchronen Stromerzeugungsanlage durchgeführt.

Publikationen
Brankovic, Darko
Untersuchung der FRT-Fähigkeit eines Hydrogenerators aufgrund der TOR-Richtlinie
Masterarbeit, Graz, Österreich, 2021