Active Filters and Power Flow Control in Electrical Networks - Interactive curriculae of TU Ilmenau

- Grundlagen der Leistungselektronik

 - Grundkenntnisse zum Simulationssystem Matlab/Simulink

 - Stromrichtertechnik

Die Studierenden sind nach der Vorlesung und dazu gehörigen Übungen in der Lage, die elektrischen Netze und Verbraucher zu analysieren und die richtigen Maßnahmen zur Verbesserung oder Absicherung der Energiequalität des Netzknotenpunktes zu ermitteln und die geeigneten Schaltungen zur Verbesserung der Eigenschaften auszuwählen. Sie können bei Verbrauchern geeignete, netzrückwirkungsarme einphasige und dreiphasige Stromversorgungen einsetzen. Sie sind fähig, bei vorhandenen elektrischen Netzen aktive Filter zu projektieren, auszulegen und in Betrieb zu setzen. Sie sind in der Lage, die Möglichkeiten zur Verbesserung der Energiequalität einzuschätzen und die geeigneten Filtertopologien auszuwählen. Sie können bei Notwendigkeit sehr große Systeme simulieren, diese analysieren, um optimale Strukturen und Parameter zu finden.

Die Studierenden haben verschiedene Topologien der Stromversorgungstechnik verstanden. Sie sind in der Lage, Stromversorgungen für beliebige Anwendungen (spezifische Leistung, Ausgangsspannung, Ausgangsstrom) zu projektieren, zu dimensionieren und besitzen Grundkenntnisse für die praktische Realisierung. Sie können für den geforderten Einsatzfall die geeignetste Grundschaltung auswählen und dimensionieren. Sie sind fähig, analoge und digitale Steuerverfahren einzusetzen und zu parametrieren. Sie sind vertraut mit wichtigen Netzanschlußbedingungen, unter denen die Stromversorgung zuverlässig funktionieren soll. Sie können die Zuverlässigkeit/ Lebensdauer von Schaltnetzteilen durch die Auslegung beeinflussen.

Wird im Masterstudium angesiedelt und thematisiert den Einsatz von leistungselektro­nischen Stellgliedern (meist als Mittel-wertmodell) zur Verbesserung der Elektroenergiequalität bzw. zur Beeinflussung des Energieflusses (vorwiegend am Bsp. von AC-Netzen). Viele Grund­prinzipien lassen sich auf DC- bzw. Mischstromnetze (AC-DC) übertragen. Die Übungen erfol­gen hier ebenfalls simulativ. Dafür notwendige Simulationsmodelle sind in umfangreicher Form vorhanden.

• Einleitung/Wiederholung  ( Unterscheidung spannungs- und stromeinprägende nichtline­are Lasten, Notwendigkeit von seriellen und parallelen Filterstrukturen, passive und aktive Filter, Hybridfilter, Analyse des idealen 6p-Thyristorbrückennetzstromes in Raumzeiger-Koordinaten, typische Strom-OS netzgelöschter Topologien, Mit- bzw. Ge­gensystemkomponenten, Einfluss auf die Reglerstruktursynthese, Synthese Wechselgrö­ßen-PI-Regler, Tiefpass- Bandpass­trans­formation)
• Klassische passive Kompensationsmaßnahmen (Exkurs in die Netzberechnung, Kurzschlussleistung, R/X-Verhältnis, IFC-Bestimmung, Normen der EEQ, unverdros­selte und verdrosselte Kondensatoranlagen, Einsatz von Saugkreis-Anlagen, Auswir­kungen auf die IFC)    
• Paralleles aktives Filter (Kompensation von stromeinprägenden nichtlinearen Lasten, Ab­hängigkeit des Kompensationsprinzips von der Dynamik (Pulsfrequenz) des Stell­gliedes, breitbandige Kompensation, frequenzselektive Kompensation von Stromober­schwingungen (OS), Konzept der Parallelschaltung von selektiv abgestimmten Ober­schwingungsreglern, Bodediagramm der geschlossenen Schleife, Führungs- und Stör­größenübertragungsfunktion)
• Serielles aktives Filter (Kompensation von spannungseinprägenden nichtlinearen Las­ten, Schutz sensitiver Lasten vor Spannungseinbrüchen, Analyse der Streckeneigen­schaften, Reglerstruktursynthese, Vektorstrom- mit überlagertem Vektorspannungsreg­ler)
• Unified Power Quality Conditioner - UPQC (Topologie in RZ-Koordinaten, Kombina­tion der beiden Regelungsprinzipien, simulative Untersuchung der Wirkungsweise)
• Parallelschaltung von VSC im AC-Inselnetz (Kennlinienverfahren, gekoppelte nichtline­are. Oszillatoren, Stabilitätsbetrachtungen, Synchronisationsvorgänge, Verfahren der virtuellen Innenwiederstände zum Aufbau von DC-Netzen, Konzept Mischstromnetz)

Einsatz leistungselektronischer Betriebsmittel in verteilten Energiesystemen (Unified Power Flow Controller - UPFC, Einmaschinen-Problem, aktive Dämpfung von Leis­tungsschwingungen, Konzept virtuelle Massenträgheit) 

-        Präsentationen/ Tafelbilder
-        Arbeitsblätter
-        Schaltungsdemonstratoren für die praktische Arbeit
-        Simulationsmodelle (SPICE)
-        praktische Messungen

wird in der Veranstaltung bekannt gegeben