Die mobile Virtuelle Synchronmachine (VISMA) ist eine leistungselektronische Komponente für Vehicle to Grid (V2G) Anwendungen, die sich wie eine elektromechanische Synchronmaschine verhält und damit zusätzliche Netzdienstleistungen erbringt, wie die Erhöhung der Trägheit im System, Momentanreserve, die Stabilisierung der Netzspannung und die Bereitstellung eines Kurzschlussstromes bei Netzstörungen. Die VISMA führt eine Echtzeitsimulation einer Synchronmaschine durch und berechnet die Phasenströme, die eine elektromagnetische Synchronmaschine unter den gleichen lokalen Netzbedienungen erzeugen würde. Ein Umrichter mit einem Stromregler speist die durch die VISMA berechnete Sollströme ins Netz. In dieser Dissertation werden die Anforderungen für ein Maschinenmodell zur Beschreibung der mobilen VISMA dargelegt. Dazu wird ein mathematisches Modell für den Einsatz im VISMA-Algorithmus erarbeitet und vor der Implementierung auf der Mobilen VISMA Hardware in einer speziell dafür entwickelten Simulationsumgebung getestet. Eine neue, auf Mikrocontroller und FPGA-Technologien basierte, Hardware-Architektur für die Mobile VISMA wird vorgestellt und eine experimentelle Hardware entwickelt und getestet. Die neue Architektur wird derart konzipiert, dass Größe und Kosten der VISMA verringert werden können, was den Einbau der VISMA in ein Elektrofahrzeug ermöglicht. Ein Simulationsmodell des Wechselrichters mit einem Phasenstromregler wird entworfen und die Simulationen mit, verschiedenen Experimenten verifiziert. Das verifizierte Modell wird verwendet, um einen neuartigen PWM-basierten Stromregler für die Mobile VISMA zu entwickeln. Die Eigenschaften der Hysterese- und PWMbasierten Stromregler werden für verschiedene Betriebsarten der VISMA und für verschiedene Konfigurationen des Wechselrichters untersucht und verglichen. Schließlich wird das Verhalten der VISMA während Stromnetzstörungen untersucht. Das gewünschte Verhalten der VISMA wälirend Netzstörungen wird definiert und experimentell verifiziert.
The Mobile Virtual Synchronous Machine (VISMA) is a power electronics device for Vehicle to Grid (V2G) applications which behaves like an electromechanical synchronous machine and offers the same beneficial properties to the power network, increasing the inertia in the system, stabilizing the grid voltage, and providing a short-circuit current in case of grid faults. The VISMA performs a real-time simulation of a synchronous machine and calculates the phase currents that an electromagnetic synchronous machine would produce under the same local grid conditions. An inverter with a current controller feeds the currents calculated by the VISMA into the grid. In this dissertation, the requirements for a machine model suitable for the Mobile VISMA are set, and a mathematical model suitable for use in the VISMA algorithm is found and tested in a custom-designed simulation environment prior to implementation on the Mobile VISMA hardware. A new hardware architecture for the Mobile VISMA based on microcontroller and FPGA technologies is presented, and experimental hardware is designed, implemented, and tested. The new architecture is designed in such a way that allows reducing the size and cost of the VISMA, making it suitable for installation in an electric vehicle. A simulation model of the inverter hardware and hysteresis current controller is created, and the simulations are verified with various experiments. The verified model is then used to design a new type of PWM-based current, controller for the Mobile VISMA. The performance of the hysteresis- and PWM-based current controllers is evaluated and compared for different operational modes of the VISMA and configurations of the inverter hardware. Finally, the behavior of the VISMA during power network faults is examined. A desired behavior of the VISMA during network faults is defined, and experiments are performed which verify that the VISMA, inverter hardware, and current controllers are capable of supporting this behavior.
Mobile virtual synchronous machine for vehicle-to-grid applications
2011
151 Seiten, Bilder, Tabellen, 62 Quellen
Theses
English
Synchronmaschine , Spannungsstabilisierung , Echtzeitsimulation , Einbauten , mathematisches Modell , Elektrofahrzeug , Umrichter , Kurzschlussstrom , Phasenstrom , Netzstörung , lokales Netz , Mikrocontroller , Wechselrichter , Simulationsmodell , Einphasenstrom , Stromnetz , Stromverteilungsnetz , Stromverbundnetz , Stromversorgungsnetz , virtuelle Maschine , Leistungselement , Simulationsmodellbildung
Mobile virtual synchronous machine for vehicle-to-grid applications
GWLB - Gottfried Wilhelm Leibniz Bibliothek | 2012
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