Stromrichterbasierte Netze und Systemstabilität

Netzbildende Wechselrichter

Im heutigen Stromnetz wird die Netzbildung – also die Bereitstellung einer sinusförmigen Spannung mit einer stabilen Frequenz - in erster Linie durch konventionelle Großkraftwerke geleistet. Im künftigen Stromnetz muss die Netzbildung von Wechselrichtern in erneuerbaren- sowie Speicher-Kraftwerken übernommen werden. 

Dabei beruht die Netzregelung vordergründig auf den physikalischen Eigenschaften der in diesen Kraftwerken eingesetzten Synchrongeneratoren, welche als sinusförmige Spannungsquelle mit induktiver Innenimpedanz sowie einer durch ihre Schwungmasse gegebenen Trägheit wirken. Dies führt bei einem Erzeugungsdefizit – die Erzeugungsleistung ist kleiner als die momentane Last – im Netz zum Abbremsen des Generators, wobei dieser die gespeicherte kinetische Energie an das Netz abgibt und damit dem Abbremsen entgegenwirkt, also die Geschwindigkeit des Frequenzabfalls limitiert.

Diese Eigenschaften werden in der klassischen Netzregelung ausgenutzt. Mit Hilfe der Regelung der Frequenz kann dadurch ein Gleichgewicht aus Last und Erzeugung hergestellt werden. Dank der Momentanreserve muss die entsprechende Leistung nicht instantan zur Verfügung stehen , da sie dies durch die Abgabe der kinetischen Energie für eine gewisse Zeit übernimmt. Dies ist vor allem während Großstörungen im Netz wichtig, um genügend Zeit für Gegenmaßnahmen zu haben. Ein Beispiel ist ein sogenannter System Split – der Zerfall des Netzes in mehrere Teile – der zu extremen Ungleichgewichten zwischen Erzeugung und Last führen kann.

Durch den Zubau großer Mengen erneuerbarer Erzeugung, welche überwiegend leistungselektronisch ans Netz gekoppelt sind, und der damit verbundenen Abschaltung der Großkraftwerke muss die Netzbildung in Zukunft von Wechselrichtern in erneuerbaren- sowie Speicher-Kraftwerken und ggf. auch regelbaren Lasten übernommen werden.

Hierfür werden neuartige netzbildende Regelverfahren für Wechselrichter benötigt, welche dem Netz diese Systemdienstleistungen zur Verfügung stellen.