31.5 : Transiente Stabilität und Systemkontrollen

Die Regelung der Generatorspannung ist für den stabilen Betrieb von Synchrongeneratoren und Windturbinen von entscheidender Bedeutung. Bei älteren Modellen liefert ein vom Rotor angetriebener Gleichstromgenerator Gleichstrom an die Feldwicklung des Rotors, und der Strom wird über Schleifringe und Bürsten übertragen. Bei den neuesten Modellen werden statische oder bürstenlose Erregersysteme verwendet. Statische Erreger richten Wechselstrom von den Generatoranschlüssen gleich und übertragen den Gleichstrom dann direkt an den Rotor. Bürstenlose Erreger verwenden dagegen einen invertierten Synchrongenerator, bei dem Wechselstrom aus Ankerwicklungen gewonnen und über am Rotor montierte Dioden gleichgerichtet wird, wodurch Schleifringe und Bürsten überflüssig werden.

Das Blockdiagramm bietet eine standardisierte Methode zur Visualisierung von Generatorspannungsregelungssystemen. Der Erreger nach IEEE Typ 1 verwendet einen wellengetriebenen Gleichstromgenerator zur Erzeugung des Feldstroms mit einem Spannungsregler, der den Feldstrom basierend auf Klemmenspannungsmessungen anpasst.

Im Blockdiagramm wird die Klemmenspannung Vt gemessen und mit einer Referenzspannung V_ref verglichen. Die Differenz zwischen diesen beiden wird verwendet, um die Feldspannung anzupassen. Der Spannungsregler verarbeitet den Spannungsfehler mit einer Verstärkung (K_a) und einer Zeitkonstante (T_a). Die Ausgabe des Spannungsreglers ist die Feldspannung, die an die Feldwicklung des Generators angelegt wird, wodurch die Klemmenspannung angepasst wird. Diese Modelle stellen die Erreger- und Generatordynamik dar und bieten eine klare Methode zur Analyse und Verbesserung der Stabilität.

Windturbinen vom Typ 1 verwenden Käfigläufer-Induktionsmaschinen ohne direkte Spannungsregelung. Systeme vom Typ 2 verwenden Wicklungsläufer-Induktionsmaschinen mit einstellbarem Außenwiderstand, die als Erreger modelliert werden, um trotz Schwankungen der Windgeschwindigkeit eine konstante Leistungsabgabe aufrechtzuerhalten. Konfigurationen vom Typ 3 und 4 verwalten sowohl Wirk- als auch Blindleistung. Die Generatorspannungsregelung umfasst Methoden, die den stabilen und zuverlässigen Betrieb von Synchrongeneratoren und modernen Windturbinen gewährleisten.