Kaksoissyötetyn epätahtigeneraattorikäytön suojauksen mitoitus sähköverkon vikatilanteiden kannalta

Thumbnail Image

URL

Journal Title

Journal ISSN

Volume Title

Sähkötekniikan korkeakoulu | Master's thesis

Authors

Date

2013-11-18

Department

Major/Subject

Sähkökäytöt

Mcode

S3016

Degree programme

EST - Elektroniikka ja sähkötekniikka

Language

fi

Pages

96+13

Series

Abstract

Tämän diplomityön tavoitteena on määrittää tuuliturbiinissa käytettävän kaksoissyötetyn epätahtigeneraattorikäytön erään uuden suojausratkaisun mitoitusperiaatteet. Suojauksen tehtävänä on suojata generaattorikäytön taajuusmuuttajaa sähköverkon vikatilanteissa. Lisäksi suojauksen on mahdollistettava sähköverkkoyhtiöiden asettamien verkkomääräysten täyttäminen. Tässä työssä tutkittavassa ja mitoitettavassa suojausratkaisussa on yhdistetty usein suojaukseen käytetty roottoripiirin oikosulkeva crowbar-kytkentä ja taajuusmuuttajan välipiirin jännitettä laskeva jarrukatkoja. Komponenttien mitoituksessa on tärkeintä huomioida, etteivät laitteiston puolijohdekomponentit ylikuumene suurten vikavirtojen vuoksi ja että taajuusmuuttajan välipiirin jännite pysyy sallituissa rajoissa. Lisäksi mitoituksessa on erityisesti huomioitava suojauspiirin tehovastuksissa lämmöksi kulutettava energia. Työssä tutkitaan kaksoissyötetyn generaattorikäytön suojauksen toimintaa erilaisissa sähköverkon vikatilanteissa simulointimallin avulla. Samalla tarkastellaan komponentteihin kohdistuvia rasituksia ja esimerkkinä käytettävien Kiinan verkkomääräysten täyttymistä. Simulointien avulla saadaan lisätietoa muun muassa suojauksessa käytettävien vastusten ja generaattorin toimintapisteen vaikutuksesta komponenttien lämpenemiseen, välipiirin jännitteeseen ja verkkomääräyksissä vaaditun loisvirran tuottamiseen kuluvaan aikaan. Simulointitulosten avulla suojauksessa käytettäville vastuksille saadaan rajattua suuntaa antavat resistanssiarvot.

This master’s thesis investigates the dimensioning principles of a novel low voltage ride-though (LVRT) protection topology for a doubly fed induction generator (DFIG). The protection topology studied integrates crowbar and brake chopper circuits in order to form an effective LVRT protection. The LVRT protection is adopted in wind turbines to protect the frequency converter during grid disturbances such as voltage dips. Primarily, LVRT protection functions as a solution limiting the local heating of the converter semiconductor components and the voltage of the intermediate circuit. The LVRT protection should also allow the wind turbine to meet the grid code requirements. In addition to the theoretical investigation of the dimensioning principles, the functionality of the LVRT protection is analyzed under various voltage dip conditions using a computational simulator model. The simulation model helps obtain detailed predictions of the electrical and thermal loadings of the different components within the converter and protection circuit. Furthermore, the general behavior of the LVRT protection is explored in different generator operation points and with different protection circuit resistance values. The suitability of the LVRT solution is also investigated with respect to the grid code of China. Based on the simulation results, a valid range is given for the brake chopper and crowbar resistances and the thermal energy of the power resistors is estimated during the simulated grid disturbances.

Description

Supervisor

Hinkkanen, Marko

Thesis advisor

Pirttioja, Teppo

Keywords

crowbar, DFIG, jarrukatkoja, jännitekuoppa, kaksoissyötetty epätahtigeneraattori, LVRT, mitoitus, simulointi, verkkomääräykset

Other note

Citation

Permanent link to this item

https://urn.fi/URN:NBN:fi:aalto-201401101098

Collections

[dipl] Sähkötekniikan korkeakoulu / ELEC