Neues Multi-Megawatt-Labor demonstriert Betriebsbereitschaft mit einem 2,5-Megawatt-Prüfling

17.10.2019

Wechselrichter werden im Stromnetz der Zukunft, mit einem höheren Anteil fluktuierender Erzeugung, verstärkt netzdienliche Aufgaben übernehmen müssen. Im neuen Multi-Megawatt-Labor des Fraunhofer-Instituts für Solare Energiesysteme ISE in Freiburg werden leistungselektronische Geräte für diese neuen Funktionalitäten entwickelt und getestet. Wenige Wochen nach der Einweihung des Neubaus im Freiburger Norden wurde nun erstmals ein Solarwechselrichter mit einer Nennleistung von 2,5 Megawatt und einer maximalen DC-Spannung von 1.500 Volt im akkreditierten TestLab Power Electronics geprüft.

Prüfung eines Solarwechselrichters
© Fraunhofer ISE

Prüfung eines Solarwechselrichters mit 2,5 Megawatt Leistung im TestLab Power Electronics des Fraunhofer ISE.

Multi-Megawatt-Labor für neue Anforderungen

Der Prüfling wurde nach internationalen Netzanschlussrichtlinien getestet. Neben der Prüfung der Netzrückwirkungen (Oberschwingungen / Flicker / DC-Stromeinspeisung), der Wirk- und Blindleistungsregelung in Abhängigkeit von Netzspannung und ‑frequenz betraf dies den Netz- und Anlagenschutz (Abschaltung bei Überschreiten von Frequenz- und Spannungsgrenzen).

Weitere wichtige Prüfungen betreffen das Verhalten bei kurzzeitigen Netzfehlern, sogenannte Under/Over Voltage Ride Through Tests (UVRT/OVRT). Die neuen UVRT- und OVRT-Prüfeinrichtungen des Fraunhofer ISE können Großverbraucher und Erzeuger bis 10 MW testen. Die Prüfeinrichtung besteht aus einstellbaren Drosselspulen und Kondensatorbänken, die sich auf der 20-kV-Mittelspannungsebene zu- und abschalten lassen. Damit können kurzzeitige Netzfehler nachgestellt und die Reaktion der Prüflinge getestet werden. Erzeugungsanlagen müssen nachweisen, dass sie solche Fehler »durchfahren« können, um kritische Netzzustände zu verhindern. Gerade das Durchfahren zeitweiliger Überspannungsereignisse (OVRT) wird zunehmend von nationalen und internationalen Netzanschlussrichtlinien gefordert. »Wir nutzen die Erkenntnisse aus dem Prüflabor auch wissenschaftlich, um die Netzanschlussrichtlinien weiterzuentwickeln und technische Lösungen zu erproben, die einen sicheren und zuverlässigen Betrieb der Stromnetze mit 100 % erneuerbaren Energien bzw. 100 % leistungselektronik-basierter Erzeugung zu ermöglichen«, so Sönke Rogalla, Abteilungsleiter Wechselrichter in Netzen am Fraunhofer ISE.

TestLab Power Electronics des Fraunhofer ISE

Aktuell können im akkreditierten TestLab Power Electronics Geräte mit Anschluss ans Niederspannungsnetz bis zu einer Leistung von 3,2 MVA getestet werden, dies soll perspektivisch auf 6,5 MVA erweitert werden. Geräte mit Anschluss ans Mittelspannungsnetz können derzeit mit bis zu 10 MVA betrieben werden. »Das Labor ist nach der neuesten Prüfrichtlinien, wie z. B. der FGW TR3, akkreditiert und kann die Typprüfungen für die neuen verpflichtenden technischen Anschlussregeln für die Nieder‑, Mittel- und Hoch- und Höchstspannungsebene anbieten«, erklärt Roland Singer, Leiter des TestLabs Power Electronics.

Geprüft werden die elektrischen Eigenschaften leistungselektronischer Geräte im Leistungsbereich ab etwa 100 kVA, z. B. PV- oder Batterie-Wechselrichter, aber auch Schnellladestationen für Elektrofahrzeuge oder Blockheizkraftwerke (BHKWs).

Für die verschiedenen Mess- und Prüfzyklen stehen ferner ein hochdynamischer Netzsimulator (1 MW), eine Klimakammer für Geräte bis etwa 2,5 MVA (Temperaturbereich -30 °C bis +80 °C) und hochpräzise Leistungsmesstechnik für die Wirkungsgradbestimmung zur Verfügung. Auch Inselsysteme für die netzunabhängige Versorgung, sogenannte Microgrids, können im Multi-Megawatt-Bereich betrieben werden.