Modelle der Synchrongeneratoren für die Simulation der subsynchronen Resonanzen

Abstract

Subsynchrone Resonanzen (SSR) sind komplexe, dynamische Vorgänge bei denen ein Energieaustausch zwischen elektrischem Übertragungssystem und Generatorsatz stattfindet, in deren Folge unzulässig hohen Torsionsschwingungen auf den Wellensträngen auftreten, die zu schweren Schäden führen. Charakteristisch für die SSR ist das Auftreten von elektromagnetischen Momenten im Luftspalt des Generators mit Frequenzen, die unterhalb der synchronen Frequenz liegen. Um das dynamische Verhalten bei den niederfrequenten Vorgängen simulieren zu können wird ein Verfahren mittels Finite-Differenzen entwickelt, das eine exakte Erfassung des Generatorverhaltens bei subsynchronen Resonanzen erlaubt. Mit dem Modell können transiente Berechnungen mit diskreten Zeitschritten durchgeführt werden. Außerdem bietet das Modell die Möglichkeit, den Wellenstrang als Mehr-Massen-Modell einzubinden und über ein externes Vorschaltnetzwerk eine beliebige Netzkonfiguration vorzugeben. Des Weiteren werden bestehende und in der Praxis standardmäßig eingesetzte Modelle der Synchronmaschinen dahingehend untersucht, ob diese für die Simulation der subsynchronen Resonanzen eingesetzt werden können. Es wird gezeigt, dass das Ersatzschaltbild nach Park auch bei der Berechnung von Resonanzerscheinungen mit kleinen Frequenzen in gekoppelten elektromechanischen Systemen zufriedenstellende Ergebnisse liefert. Eine weitere Verbesserung in der Berechnung wird durch die Anpassung der Ersatzschaltbildparameter erzielt. Die Anpassung erfolgt über ein Optimierungsverfahren auf Grundlage der evolutionären Strategien aus den aufgezeichneten niederfrequenten Stromverläufen bei einer SSR.