OptiTransient – Optimiertes Verhalten von netzbildenden Betriebsmitteln während transienter Vorgänge im zukünftigen Stromnetz

Die Netzanschlussrichtlinien schreiben vor, dass Erzeugungseinheiten (EZE) Netzfehler ohne Abschaltung durchfahren müssen, wobei das Verhalten der EZE während dieser definiert ist. Für den transienten Zeitbereich unmittelbar nach Fehlereintritt und -klärung existieren bislang keine Anforderungen. Da das Verhalten infolge dieser Transienten aktuell nicht geprüft wird, können sich EZE aufgrund der Transienten fehlerhaft verhalten oder sich sogar abschalten. In Zukunft ist dies umso kritischer da das Verhalten des Netzes durch einen immer größeren Anteil leistungselektronischer Erzeugung an der Gesamterzeugung mehr und mehr durch das Verhalten der EZE definiert wird. Das gilt insbesondere für netzbildende Stromrichter, welche in Zukunft für die Aufrechterhaltung der Netzstabilität notwendig sind.

Forschungs- und Entwicklungsbedarf besteht daher insbesondere bei der Untersuchung der transienten Vorgänge während Netzfehlern wie etwa unmittelbar nach Fehlereintritt und Fehlerklärung (typischerweise jeweils innerhalb weniger Netzperioden) sowie bei der Definition entsprechender Anforderungen und der Entwicklung von Methoden zur Überprüfung der Einhaltung dieser Anforderungen. Im Fokus stehen dabei sowohl netzfolgende als auch netzbildende, umrichterbasierte Betriebsmittel. Insbesondere wird eine ausgewählte netzbildende Regelungsstruktur entwickelt, welche sich während dieser transienten Ereignisse optimal verhält.

Daraus ergeben sich die folgenden wichtigen wissenschaftlichen und technischen Arbeitsziele, die im vorliegenden Projekt angestrebt werden.

Zunächst wird das Risiko eines unerwünschten Verhaltens von netzbildenden und netzfolgenden Stromrichtern infolge von Netzfehlern wie Phasenwinkelsprüngen, Unter- und Überspannungen, RoCoF-Ereignissen innerhalb weniger Netzperioden untersucht. Dazu werden die transienten Vorgänge durch Literaturrecherche und eigene Simulationsstudien (EMT) im Netz charakterisiert. Zweitens wird überprüft, ob zusätzliche Anforderungen an EZEs notwendig sind, um das Risiko von stabilitätsgefährdendem Verhalten zu reduzieren. Notwendige Anforderungen werden vorgeschlagen und anhand von Simulationen gezeigt, dass diese auch umsetzbar sind. Als drittes Ziel werden Methoden zur Überprüfung der Anforderungen im transienten Bereich weiterentwickelt. Für die damit verbundenen Labor- und Feldmessungen werden geeignete Prüfeinrichtungen ausgewählt, mit denen die zuvor identifizierten transienten Vorgänge möglichst realitätsnah nachgebildet werden können. Zuletzt wird ein netzbildender Regelungsansatz für die zuvor definierten Anforderungen entwickelt und optimiert. Diese optimierte, netzbildende Regelung wird mit geeigneter Hardware und Prüfeinrichtungen messtechnisch untersucht.

Zusammenfassend werden folgende Ziele verfolgt:

• Untersuchung und Simulation der transienten Vorgänge während realer Netzfehler
• Definition von Anforderungen an stromrichterbasierte Betriebsmittel im transienten Bereich
• Labor- und feldmesstechnische Betrachtung der transienten Vorgänge sowie die Reaktion der EZE
• Erstellung von Anforderungen für netzbildende Stromrichter
• Optimierung einer netzbildenden Regelungsstrategie sowie dessen Validierung bei Messkampagnen