Verhalten von Windkraftanlagen mit doppelt speisenden Asynchrongeneratoren (DFIG) bei Kurzschlüssen und anderen Netzfehlern

Motiviert durch die Energiewende steuert die elektrische Energieversorgung in vielen Ländern auf eine Erzeugungsstruktur zu, welche von leistungselektronisch gekoppelten Erzeugungseinheiten, allen voran Windkraftwerken (WKW) und Photovoltaikanlagen, dominiert wird. Dies hat zur Folge, dass sich die Auslegung der elektrischen Betriebsmittel sowie die Planung und der Betrieb der Netze zunehmend an den Eigenschaften solcher Anlagen ausrichtet. Wegen ihrer technischen Komplexität stellen dabei Windkraftwerke (WKW) mit doppelt speisenden Generatoren (double-feed induction generator bzw. doubly-fed induction generator, DFIG) eine besondere Herausforderung dar, da bei ihnen sowohl die durch die Physik bestimmten Eigenschaften der rotierenden elektrischen Maschine als auch das maßgeblich durch Steuerung und Regelung beeinflusste Verhalten des Umrichters zum Tragen kommt. In diesem Artikel wird das Verhalten der aktuellen Technologie von DFIG bei Kurzschlüssen und anderen Netzfehlern beschrieben, der Stand der Technik in der für Anlagenauslegung wichtigen Kurzschlussnorm erläutert sowie ein neuer Vorschlag für die Nachbildung der WKW mit DFIG in dieser Norm unterbreitet. Weiters wird auf spezielle Anforderungen an den Netzschutz eingegangen.

Abstract
Motivated by the energy transition, the electrical energy supply is heading for a generating structure in many countries dominated by generating units connected to the grid with power electronics and with wind turbines and photovoltaic systems leading the way. As a result, the design of the electrical equipment as well as the planning and operation of the power system are increasingly based on the properties of such units. Because of their technical complexity, wind turbines with doubly-fed (induction) generators (DFIG) in particular represent a challenge. This is due to both the properties of the rotating electrical machine coming into play. These are determined by physics and the behavior of the converter that is significantly influenced by control. In this article, the behavior of the current DFIG technology in case of short-circuit faults and other network faults is described. Additionally, a state-of-the-art treatment of DFIGs in the short-circuit standard – which is essential for system design – is explained and a new proposal for treatment in this standard is made. Furthermore, special requirements for network protection are formulated and discussed