Erläutern Sie die Funktionsweise der Primär- und Sekundärregelung
Wirkleistungs-Frequenz-Regelung
Primärregelung (bis 30s): Proportionalregler (P), schnell aber bleibende Regelabweichung
Sekundärregelung (30s bis 5m): Proportional-Integral-Regler (PI), langsamer aber keine Regelabweichung
(maximal einer pro Regelzone)
Erläutern Sie die Aufgabe der Tertiärregelung
Tertiärregelung (5m bis 15m): teurer produzierende Kraftwerke werden durch günstigere abgelöst
Gegeben: 110kv/10kv/YNd5. Zeichnen sie die Verschaltung der Spulen und zeichnen sie die Spannungen ein. Geben sie das komplexe Übertragungsverhältnis ü an.
Vier Anforderungen für die Netzzuschaltung einer Synchronmaschine. Mit welcher Schaltung können diese Geprüft werden?
Frequenz, Phasenverschiebung, Spannungsamplitude und Phasenfolge müssen gleich sein.
Dunkelschalting -> Ziel: Stromloses zuschalten
Nennen Sie die zwei Größen zur Netzstützung. Erläutern Sie anhand einer dieser Größen die prinzipielle Funktionsweise dieser Netzregelung (Netzstützung).
- Wirkleistung (Frequenz-Wirkleistungsregelung)
- Blindleistung (Spannungs-Blindleistungsregelung)
/ Einspeisung von Blindleistung im Fehlerfall in den Flanken eines Vermaschten Netzes
Unter welchen Voraussetzungen können einphasige Ersatzschaltbilder der Betriebsmittel für Lastfluss- und Kurzschlussstromberechnung von Energieversorgungsnetzen verwendet werden? Erläutern Sie das vereinfachte Ersatzschaltbild eines Transformators.
Bei symmetrischer Last und Betriebsmittel
ESB:
Erläutern Sie die drei Ersatzschaltbilder zur Berechnung der Kurzschlussströme einer Synchronmaschine
Wirkung von … im Kurzschlussfall:
subtransienter Zeitbereich: Erreger- und Dämpferwicklung
transienter Zeitbereich: Erregerwicklung
stationärer Zeitbereich: Verhalten wie Permanenterregung
Zeichnen Sie die Schaltung eines Netzabzweigs
Erklären sie die Bezeichnung DyN5 an einem Transformator
D: Dreieck verschaltet Oberspannungsseite
y: Stern verschaltet Unterspannungsseite
N: Neutralleiter am Stern
5: 5x30° Phasenverschiebung (150°)
Welche Schalterarten kommen bei Schaltanlagen zum Einsatz?
Mit welcher Schalterart können auch KS-Ströme ausgeschaltet werden?
Leistungsschalter: kann Betriebs- und Fehlerströme abschalten
Trennschalter: Arbeitserder, Schaffung einer sichtbaren Trennstelle
Lastschalter: kann nur Betriebsströme abschalten
Lasttrennschalter: Last- und Trennschalter kombiniert
Der Leistungsschalter kann auch KS-Ströme ausschalten (durch Löschmedium Vakuum,SF6).
Mittelspannungsebene -> Vakuumleistungsschalter
ab Hochspannungsebene (110 kV) -> SF6-Leistungsschalter
Welche Probleme können beim Betrieb elektrisch langer Leitungen auftreten?
Leerlaufende Leitung: Spannungserhöhung am Leitungsende (Ferranti-Effekt) -> begrenzt die Leitungslänge
nicht angepasste Leitung, konstante Last und
a) kurze Leitung U1 > U2
b) lange Leitung U1 < U2
angepasste Leitung, Phasendreheung zwischen Anfang und Ende Wächst mit der Leitungslänge (6°/100km) -> Phasendrehung kann zur Instabilität führen
Wird der ohmische Widerstand nicht vernachlässigt, treten zusätzliche Spannungsabfälle auf -> fließender Strom nimmt zum Leitungsende hin ab
Erklären Sie das Problem der Spannungsinstabilität bei langen Freileitungen und wodurch sich diese vermeiden lässt.
Mit zunehmender Übertragungsleistung steigt der Blindleistungsbedarf der Leitung. Wird die benötigte Blindleistung nicht bereitgestellt, sinkt die Spannung. Die sinkende Spannung führt zu noch höherem Strom und weiterem Blindleistungsbedarf → Spannungskollaps möglich.
Vermeidung durch Blindleistungskompensation (z.B. Kondensatorbänke), durch höhere Spannungsebenen oder kürzere Übertragungswege bzw. dezentrale Einspeisung.
Erklären Sie das Problem des Spannungstrichters im Fehlerfall und durch welche Maßnahme sich die Ausdehnung des Spannungstrichters vermeiden lässt.
Durch Einspeisung von Blindleistung/Blindstrom.
Nennen Sie je einen Vor-/Nachteil von Hochtemperatur und Niedertemperatur Brennstoffzellen.
Hochtemperatur: + hoher Wirkungsgrad, − lange Anfahrzeit
Niedertemperatur: + schnelle Startzeit, − hoher Reinheitsanspruch an den Wasserstoff
Nennen Sie die 2 Arten der Netzkopplung von Windparks (Offshore) und nennen Sie je einen Vor-/Nachteil der jeweiligen Technik.
Hochspannungs-Drehstromübertragung (DHÜ)
+ bewährte Technik und keine teure Leistungselektronik/Wechselrichter nötig
- Blindleistung muss kompensiert werden, wodurch die Kabellänge begrenzt wird
Hochspannungs-Gleichstromübertragung (HGÜ)
+ quasi unbegrenzte Übertragungslänge und freie Frequenzwahl im Windpark möglich
- höhere Kosten für Leistungselektronik und Konverter bzw. Wechsel-/Gleichrichter nötig
Zeichnen Sie ein TT-Netz und erklären Sie wo es eingesetzt wird.
Sie dienen dazu, die verteilten Leitungsparameter durch konzentrierte Bauelemente zu ersetzen, damit man einfacher rechnen kann. SIe dienen zur Berechnung des Betriebsverhaltens elektrisch langer Leitungen.
Erläutern Sie den zeitlichen Verlauf der Frequenz-Wirkleistungs-Regelung.
Nach einer Störung reagiert zunächst die Primärregelung zur Stabilisierung der Frequenz. Anschließend stellt die Sekundärregelung die Frequenz wieder auf 50 Hz ein. Die Tertiärregelung übernimmt danach die längerfristige Bereitstellung der benötigten Wirkleistung.
Nennen Sie 4 Arten der Netzkopplung von Windenergieanlagen im Niederspannungs-Bereich + Wie lautet der Maximale Leistungsbeiwert?
Direkt gekoppelter AS-Generator
Doppelt gespeister AS-Generator
Umrichtergekoppelter S-Generator
Umrichtergekoppelter S-Generator mit Permanenterregung
Maximaler Leistungsbeiwert nach Betz C_p,max = 0,593
(Gibt an, welcher Anteil der im Wind enthaltenen Leistung tatsächlich von der Windenergieanlage in mechanische Leistung umgewandelt wird.)
Beschreiben Sie, was ein Inselnetz (-betrieb) ist.
Nennen Sie eine Methode zur Inselnetzüberwachung.
Ein Inselnetz ist ein elektrisches Netz, das nicht mit dem übergeordneten Verbundnetz verbunden ist. Erzeugung, Verbrauch sowie Frequenz- und Spannungshaltung werden innerhalb des Netzes selbst sichergestellt.
Active Frequency-Shift: Wechselrichter arbeitet mit Frequenzverschiebung, welche detektiert werden kann, sobald das übergeordnete Netz mit der stärkeren Spannungsquelle ausfällt. -> abschaltung Inselnetz
Nenne Sie die Temperatur im Verbrennungsraum einer Gasturbine und Methoden um diese Temperatur zu beherrschen.
Temperatur im Verbrennungsraum bis zu 1500°C (typisch 1200°C bis 1500°C)
Beherrschung der hohen Temperaturen:
Brennkammer mit Keramik
wärmestabile Turbinenschaufeln
Kühlung der Schaufeln
Außenkühlung
Nennen Sie die Werte für Druck und Temperatur des Frischdamps bei einem Kohlekraftwerk und 2 Möglichkeiten, wie diese gesteigert werden können.
Wo liegt der Wirkungsgrad?
Druck p: (von 160 bar) bis 280 bar
Temperatur T: (von 530°C) bis 600°C
Steigerung durch:
-> Erhöhung des Frischdampfdrucks / Erhöhung der Frischdampftemperatur
-> höher belastbare Werkstoffe / mehr Vorwärmstufen
Wirkungsgrad: (38% auf) 47%
Wie lautet die Formel für die nutzbare Windleistung? (+ Zahlenwert Betz-Faktor)
Welche Bedingungen müssen für das parallel schalten von Transformatoren erfüllt sein?
gleiche Phasenlage
gleiches Übersetzungsverhältnis
gleiche relative Kurzschlussspannung
annährend gleiche Scheinleistung
Eine Werksanlage wird zur Hälft aus einem werkseitigem Block und zur anderen Hälfte aus einem öffentlichen Netz versorgt. Das öffentliche Netz fällt plötzlich weg.
-> Wie verändert sich die Frequenz im Werksnetz?
-> Durch welche Maßnahme ließe sich die stationäre Frequenzänderung im Werksnetz vermeiden?
-> Die Frequenz im Werksnetz fällt.
-> Die stationäre Frequenzabweichung ist durch einen PI-Regler möglich, der über ein Regelventil die Dampfzufuhr zur Turbine erhöht.
Wie sieht der Verlauf des stationären Frequenz-Leistungs-Diagramms eines Generators aus, wenn die Netzlast sich plötzlich verringert.
(Verlauf Primär- und Sekundärregler)
Warum ist es nicht sinnvoll die Leistungszahlen der Generatoren auf sehr hohe Werte einzusallen und warum sollten die Werte nicht gleich gewählt werden?
-> Zu hohe Leistungszahlen können zu Schwingungen und Instabilitäten führen.
-> Gleiche Leistungszahlen für alle Generatoren sind ebenfalls ungünstig, da die Laständerungen entsprechend der Kraftwerksgröße und verfügbaren Regelleistung aufgeteilt werden sollen.
Was sind Systemdienstleistungen?
(Kraftwerksleistungen)
Netzstützende Leistungen von Kraftwerken zur Gewährleistung von:
Frequenzhaltung (Anpassung der Wirkleistung zur Aufrechterhaltung der Netzfrequenz)
Spannungshaltung (Bereitstellung bzw. Aufnahme von Blindleistung)
Verhalten im Fehlerfall (Kurzschlussstrom, Stabilität, Fehlerüberbrückung)
Welche üblichen Wasserturbinen gibt es und wann wird welche eingesetzt?
Pelton-Turbine: hohe Fallhöhen
Francis-Turbine: mittlere Fallhöhen
Kaplan-Turbine: niedrige Fallhöhen
Typen von Solarzellen
Kristalline Zellen:
Monokristallin: hoher Wirkungsgrad, teuer
Polykristallin: günstiger, geringerer Wirkungsgrad
Dünnschicht Zellen: preiswert/flexibel, niedriger Wirkungsgrad
PV-Kennlinie und Einfluss von Strahlung und Temperatur
Strom steigt mit Einstrahlung
Spannung Sinkt mit Temperatur
MPP größte eingeschlossene Fläche
Welche üblichen Netztopologien gibt es?
Wie sieht die Spannungsregelung auf den Netzebenen aus?
Niederspannungsebene: Spannungsamplitude wird sowohl durch den Wirkstrom als auch den Blindstrom beeinflussst
Mittel-, Hoch- Höchstspannung: ohmischer Anteil kann vernachlässigt werden, weshalb Spannungsamplitude nur durch den Blindstrom beeinfluss wird
Zukunftsaussicht für Wechselrichter
PV-Anlagen und Batteriespeicher über Wechselrichter ans Netz gekoppelt. Anteil steigt.
Vorteile:
Sehr schnelle Regelung (Millisekundenbereich)
Blindleistungsbereitstellung möglich
Frequenzstützung möglich
Nachteile:
Keine natürliche rotierende Masse → keine echte Momentanreserve
Geringere Kurzschlussströme als Synchrongeneratoren
Schutz- und Regelkonzepte müssen angepasst werden
Welche Betriebsarten von Batteriespeichern gibt es im Strommarkt?
Marktorientierte Speicher
Systemdienliche Energiespeicher
Netzdienliche Speicher
Eine Zusammenfassung der drei Betriebsweisen wird verinzelt realisiert
Unterschied AC und DC Ladung in der E-Mobilität
AC:
on-board charger
Anschluss bis 43 kW
DC:
off-board charger
Anschluss 50 kW bis 120 kW
Netzaufbau/Stromversorgung von Flugzeugen
(Frequenz, Spannung)
f = 400 Hz
U_LL = 200 V
U_LN = 115 V
Funktionsweise eines Fehlerstrom-Schutzschalters
Der FI-Schutzschalter vergleicht Hin- und Rückstrom mittels eines Summenstromwandlers. Im Fehlerfall entsteht ein Differenzstrom gegen Erde. Überschreitet dieser den Auslösestrom, schaltet der FI den Stromkreis ab.
Was beschreibt das Grenzlastintegral?
Das Grenzlastintegral beschreibt die thermische Belastungsgrenze einer Leitung. Es gibt an, welche Strom- bzw. Leistungsbelastung über eine bestimmte Zeit zulässig ist, ohne die maximal zulässige Leitertemperatur zu überschreiten.
Funktionsweise Regelbarer Ortsnetztransformator
Belastungsfall: Erhöhung der Trafo-Ausgangsspannung
Einspeisefall: Reduzierung der Trafo-Ausgangsspannung
Welche Erregungsarten/Übertragungsarten für den Erregerstrom werden bei SM genutzt?
Bürstenlose Erregung
Bürstenerregung
Beschreiben Sie das Kurzschlussverhalten einer ASM.
(Ablauf Betrieb - Kurzschluss -Auslaufen)
Kurzschluss -> f = 0 , neuer Synchronpunkt n = 0
übersynchroner Generatorbetrieb
ASM läuft aus bis n = 0
ASM liefert kurzzeitig KS-Strom
Wie müssen Filterkreise in Netzanlagen/Kompensationsanlagen eingestellt werden?
Kondensatoren grundsätzlich immer mit Induktivitäten schützen.
Einstellung: Eingangsimpedanz des Filters so wählen, dass Resonanz möglichst nahe an Harmonischer liegt, jedoch leicht “verstimmt”, um eine Restimpedanz zu halten und den Strom so begrenzen zu können. (Kurzschluss vermeiden)
Nenne Sie vier Netzqualitätsparameter und beschreiben Sie diese kurz.
Harmonische: Ganzzahlige Vielfache der Grundfrequenz.
Zwischenharmonische: keine ganzzahligen Vielfachen der Grundfrequenz
Subharmonische: unterhalb der Grundfrequenz
Flicker: Wahrnehmbare Lichtschwankungen durch Spannungsschwankungen im Netz
Was ist das Problem der 3. Harmonischen im 4 Leiter System?
150 Hz-Ströme der 3PL addieren sich phasengleich im NL aufgrund gemeinsamen Teiler von 150Hz und 120° Phasenverschiebung.
NL kann thermisch überlastet werden
Strom im NL führt zu Spannungsabfall (-> Leiter-Null-Spannung verringert sich)
Einseitige Speisung und zweiseitige Speisung
(Spannungsabfall und Ströme)
Einseitig: Strom am Leitungsanfang am höchsten. Spannungsabfall am Leitungsende am höchsten.
Zweiseitig: Strom am Leitungsanfang oder -ende am höchsten. Spannungsabfall dort am höchsten, wo das Produkt aus Strom und Impedanz am größten ist.
Problematik der Ausbreitung von harmonischen über die Spannungsebenen
Ausbreitung zu höheren Spannungsebenen unproblematisch:
Ströme werden kleiner
Impedanz ist kleiner
Spannungsharmonische sinken
Ausbreitung zu kleinerer Spannungsebene problematisch:
Ströme werden größer
Impedanz ist größer
Spannungsharmonische steigen
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