14 Fachwissen Bahnenergieversorgung 120 (2022) Heft 1 Verhalten elektrischer Triebfahrzeuge bei Netzkurzschlüssen Pascal Niederer, Zürich (CH), Markus Meyer, Wettingen (CH) Zur Nachbildung des Verhaltens von Umrichter-Triebfahrzeugen während Kurzschlüssen im Übertragungsnetz wurden geeignete Modelle aufgestellt und Simulationen durchgeführt. Der Fokus liegt dabei auf Lastabwürfen durch die spannungsabhängige Leistungsbegrenzung. Ein Lösungsvorschlag zeigt, wie mit einer Leitwertbegrenzung das vorteilhafte Kurzschlussverhalten von StufenschalterTriebfahrzeugen nachgebildet werden kann. Behaviour of electrical traction vehicles during power supply short circuits The behaviour of converter based traction vehicles during short circuits in the railway’s electrical transmission grid was simulated. A special focus was on sudden load changes due to regulations requiring a reduction of traction power after voltage drops in the contact line. A proposed solution shows how to emulate the beneficial behaviour of tap changer vehicles by limitting their conductance. Comportement des véhicules de traction électrique pendant des court-circuits dans l’alimentation Des modèles ont été élaborés et des simulations effectuées pour reproduire le comportement des locomotives à convertisseur pendant les courts-circuits dans le réseau d’alimentation électrique. Un accent y est mis à la reduction de la puissance de traction après des chutes de tension. Une solution est proposée pour reproduire le comportement avantageux des engins à graduateur et moteurs à commutateur en laissant agir une limitation de conductance. 1 Einführung In den vergangen Jahren haben die Schweizerischen Bundesbahnen (SBB) wie auch die Nachbarbahnen DB und ÖBB erhebliche Lastabwürfe im Zusammenhang mit Kurzschlüssen im Übertragungsnetz festgestellt. Im Extremfall hat sich die am Netz bezogene Leistung innerhalb weniger Millisekunden halbiert und erst langsam über viele Sekunden wieder aufgebaut. Als Ursache für diese Lastsprünge wurde das Verhalten von Umrichter-Triebfahrzeugen bei kurzen Spannungseinbrüchen gefunden [1]. Solche schnellen Änderungen in der am Netz bezogenen Leistung belasten die Netzregelung erheblich und können zu starken Ausgleichsströmen zwischen verschiedenen Netzteilen führen. Deshalb wurde das Verhalten von Triebfahrzeugen beim Auftreten von Netzkurzschlüssen in einer Masterarbeit an der Eidgenössischen Technischen Hochschule Zürich (ETH) anhand von Simulationen untersucht [2]. Die Erkenntnisse werden hier vorgestellt. Neben den Umrichter-Triebfahrzeugen wurde auch der Einfluss statischer Umrichter im Kurzschlussfall untersucht. Da sich aus Sicht der Triebfahrzeuge kein wesentlicher Unterschied zur Speisung durch Synchronmaschinen ergibt, sofern sie als Virtuelle Synchronmaschinen betrieben werden [3], wird hier nicht weiter darauf eingegangen. 2 Grundlagen 2.1 Charakterisierung von Kurzschlüssen Kurzschlüsse sind sehr vielfältig. Diese Arbeit beschränkt sich auf zwei Fälle: • Ein satter Kurzschluss liegt vor, wenn die Fahrleitungsspannung kurzzeitig komplett auf Null abfällt. Dies entspricht der Situation eines Kurzschlusses im Fahrleitungsnetz nahe am Triebfahrzeug oder im speisenden Unterwerk. • Ein entfernter Kurzschluss wurde simuliert, indem die Speisespannung auf 0,75p.u. (per unit) abfällt. Im Netz der SBB würde das etwa der Situation in Muttenz bei einem Kurzschluss im Unterwerk Steinen entsprechen. 2.2 Stufenschalter-Triebfahrzeug versus Umrichter-Triebfahrzeug Für die vorliegenden Untersuchungen wurden die zwei meistverbreiteten Antriebstechnologien betrachtet. In Bild 1 ist ein Stufenschalter-Triebfahrzeug dargestellt. Hier wird die Traktionsleistung reguliert, indem mit einem Stufenschalter mechanisch zwischen Transformatoranzapfungen umgeschaltet wird. So
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