Auszug | eb - Elektrische Bahnen 6 | 2021

234 Wissenschaft Grundlagen 119 (2021) Heft 6 Simulation niederfrequenter Schwin- gungen zwischen Bahnenergieversor- gungsanlagen und Triebfahrzeugen Alexej Halank, Erlangen; Arnd Stephan, Dresden Während der Interaktion von geregelten Synchron-Synchron-Umformern und modernen elektri- schen Fahrzeugen in Drehstromantriebstechnik können Leistungsschwingungen im niederfrequen- ten Bereich auftreten, wenn beide Teilsysteme ähnliche Eigenfrequenzen besitzen und unzureichend gedämpft sind. Für die Untersuchung dieser Leistungsschwingungen werden geregelte Modelle ei- nes Umformers und eines Triebfahrzeugs im subtransienten Zeitbereich zusammengeführt, die in einer elektrischen Netzwerksimulation eingebettet und frei skalierbar sind . Simulation of low-frequency oscillations between rail power supply systems and traction units During the interaction of controlled synchronous-synchronous converters and modern electric trac- tion units in three-phase drive technology, power oscillations in the low-frequency range can occur if both subsystems have similar natural frequencies and are insufficiently damped. For the investiga- tion of these power oscillations, controlled models of a converter and a traction unit in the sub- transient time range are brought together, which are embedded in an electrical network simulation and freely scalable. Simulation des oscillations basse fréquence entre le système d’alimentation et les engins moteurs Pendant l’interaction des convertisseurs synchrones-synchrones avec les engins moteurs avec tech- nologie de convertisseurs triphasés, des oscillations de puissance dans le domaine basse fréquence peuvent apparaitre si les deux sous-systèmes possèdent des fréquences propres similaires et si elles ne sont pas suffisamment amorties. Afin d’étudier ces oscillations de puissance, les modèles du con- trôle d’un convertisseur et d’un engin moteur dans la fenêtre temporelle subtransitoire sont utilisés ensemble, qui sont introduits dans la simulation du réseau électrique et librement évolutifs. 1 Einführung Zwischen ungenügend gedämpften Synchron-Syn- chron-Umformern (SSU) der Bahnenergieversor- gung und modernen elektrischen Triebfahrzeugen in Drehstromantriebstechnik können signifikante nie- derfrequente Leistungsschwingungen auftreten. Grund hierfür ist die auf diesen Fahrzeugen installier- te elektronische Leistungsregelung, die je nach Para- metrierung dem Betriebsstrom eine charakteristische tiefe Eigenfrequenz verleiht. Auch der Umformer be- sitzt als geregelter Energieerzeuger eine Eigenfre- quenz, mit welcher die Spannung an den Klemmen des Generators schwingt. Beide Teilsysteme beein- flussen sich durch die Fahrleitung über die Genera- torspannung beziehungsweise den Fahrzeugstrom. Bei einem ungünstigen Verhältnis dieser beiden Fre- quenzen kann es zu einem Aufschaukeln der Leis- tung kommen, was zum Abschalten der beiden Teil- systeme führen kann. Es ist für das Auftreten dieser Schwingungen unerheblich, ob sich das Gesamtsys- tem momentan in Volllastbereich oder in kleineren Leistungsbereichen befindet. Ziel ist es, eine Simulationsumgebung zu schaf- fen, in welcher die Leistungsschwingungen nachge- bildet und nachfolgend technische Lösungsansätze untersucht werden können. Dafür wird ein valides Modell eines geregelten SSU benötigt, des Weiteren ist die Leistungsregelung eines Fahrzeugs in Dreh- stromantriebstechnik in der notwendigen Detailtiefe zu integrieren. Einen erheblichen Einfluss auf nieder- frequente Schwingungen besitzen Leiterimpedan- zen, deshalb ist die Integration von Maschinenmo- dellen für den Umformer und das Fahrzeug in einer Netzsimulationsumgebung vorzunehmen. Hierfür wird unter Matlab/Simulink die Toolbox SimPower- Systems gewählt. Da als eine weitere Anforderung die Skalierbarkeit der Modelle gewünscht ist, muss ein Parallelbetrieb zwischen mehreren Umformern beim Einsatz von mindestens zwei Fahrzeugen dar- stellbar sein.