Best Paper Award für neues Verfahren zur Prüfung von Wechselrichtern

16. November 2020

Ein Team des Fraunhofer-Instituts für Solare Energiesysteme ISE ist beim IEEE 11th International Symposium On Power Electronics For Distributed Generation Systems (PEDG) mit einem Best Paper Award gewürdigt worden. In dem Paper »Determination of the Frequency Dependent Thévenin Equivalent of Inverters Using Differential Impedance Spectroscopy« stellen die Wissenschaftler das neu entwickelte Verfahren der differentiellen Impedanzspektroskopie vor. Mit diesem Verfahren können wichtige Eigenschaften von Wechselrichtern gemessen werden, die für einen stabilen Betrieb zukünftiger Stromnetze von Bedeutung sind.

Impedanz-Spektroskopie
© Fraunhofer ISE
Am Impedanzspektroskopie-Prüfstand des Fraunhofer ISE werden Wechselrichter auf ihr Verhalten im Netz untersucht.

Im Zuge der Energiewende erfolgt ein technologischer Umbau der elektrischen Energieerzeugung weg von Stromerzeugung mittels elektro-mechanischer Synchrongeneratoren hin zu einer leistungselektronik-basierten Energieversorgung. Photovoltaik- und Windkraftanlagen,  Batterien, Elektrolyseure und andere Komponenten des Stromsystems werden dann über Wechselrichter ans Netz gekoppelt. Im Zuge dessen muss die Gewährleistung eines stabilen Netzbetriebs daher zukünftig primär durch geeignete Wechselrichter erfolgen. Dies betrifft sowohl die Spannungs- und Frequenzregelung, wie auch die Sicherstellung einer hohen Spannungsqualität.

Mit dem am Fraunhofer ISE entwickelten Verfahren der differentiellen Impedanzspektroskopie kann die frequenzabhängige Ausgangsimpedanz von Wechselrichtern messtechnisch bestimmt werden. An dem speziell dafür errichteten Prüfstand im Multi-Megawattlabor des neuen Zentrums für Leistungselektronik ist es möglich, Wechselrichter bis zu einer Leistung von 1 MW und im Frequenzbereich bis 10 kHz zu untersuchen. »Die Messergebnisse erlauben es uns, ungewünschte Resonanzeffekte von Wechselrichtern am Netz zu untersuchen. Darüber hinaus können wir mit dem neuen Verfahren wirksame innere Oberschwingungsquellen bestimmen«, erklärt Sönke Rogalla, Abteilungsleiter Wechselrichter in Netzen am Fraunhofer ISE. Auf der Basis dieser Messergebnisse können die Forscher verbesserte Bewertungsverfahren von Oberschwingungsemissionen von Wechselrichtern erarbeiten.

Das neue Impedanzspektroskopie-Verfahren wird inzwischen von Fraunhofer ISE als Dienstleistung angeboten. Sebastian Kaiser, der als Projektleiter das Verfahren mitentwickelt hat, sagt hierzu: »Wir konnten inzwischen etwa ein Dutzend Wechselrichter untersuchen. Unsere Kunden versprechen sich von den Ergebnissen wichtige Aufschlüsse über das stabile Verhalten ihre Geräte; etwa an schwachen Netzanschlusspunkten oder beim Einsatz in großen PV-Kraftwerken.«

Zukünftig plant das Fraunhofer ISE auf Grundlage der Impedanzspektroskopie-Ergebnisse die Stabilität und Spanungsqualität von realen Anlagen zu untersuchen. So sollen neue Bewertungsverfahren entwickelt und erprobt werden, mit denen problematische Resonanzen oder Oberschwingungen bereits in der Planungsphase von PV-Kraftwerken identifiziert und verhindert werden können.