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TU-Clausthal Institut für Elektrische Energietechnik und Energiesysteme

Smart Nord TP5: "Systemtheorie für aktive Verteilnetze"

Der stabile Netzbetrieb, im Sinne der Frequenz und Spannungsstabilität, soll auch zukünftig, trotz erhöhter dezentraler Erzeugung bei gleichzeitigem Wegfall konventioneller Kraftwerksleistung, gewährleistet werden.

Zielsetzung des Projektes:

Der stabile Netzbetrieb, im Sinne der Frequenz und Spannungsstabilität, soll auch zukünftig, trotz erhöhter dezentraler Erzeugung bei gleichzeitigem Wegfall konventioneller Kraftwerksleistung, gewährleistet werden.

Wenn die dafür notwendige Systemdienstleistung durch dezentrale Anlagen erbracht werden soll, muss diese Systemdienstleistung aus dem Verteilnetz erbracht werden. Folglich sind die volatilen Erzeugungseinheiten so zu regeln, dass eine stabilisierende Wirkung für das Gesamtsystem erreicht wird. Mit einem Verteilnetz, das diese Anforderungen erfüllt, liegt es nahe, sich die Frage zu stellen, ob ein solches Netz dann auch autonom (z.B. bei Ausfall des überlagerten Netzes) geführt werden kann. Aus diesen Überlegungen ergeben sich die Forschungsfragen des Projektes.

  • Wie können netzparallel am Netzverknüpfungspunkt zum überlagerten Netz Wirk- und Blindleistung (gemäß eines Fahrplans) sowie Systemdienstleistungen bereitgestellt werden?
  • Wie kann der stabile Netzbetrieb aktiver Verteilnetze (MicroGrids) netzparallel und autonom sichergestellt werden?
  • Wie kann erkannt werden, ob eine Verbindung zum überlagerten Netz besteht, wenn ein autonomer Betrieb automatisch durch bereitgestellte Systemdienstleistungen eintritt (sog. Inselnetzerkennung)?

Diese Forschungsfragen werden gemeinsam werden neben dem Institut für Elektrische Energietechnik und Energiesysteme von verschiedenen Projektpartnern bearbeitet (siehe Projektpartner)

Skizze eines zu analysierenden Netzes
Abbildung 1: Anordnung des zu Analysierenden Netzes Zwei Virtuelle Synchronmaschinen (VISMA) die mit Hilfe von Frequenzstatiken gemeinsam eine Last Versorgen.
Zwei Diagramme zeigen die Abhängigkeit von verschiedenen Parametern mit der Last
Abbildung 2: Links Verhalten der Spannung in Abhängigkeit der Last; Rechts Verhalten des Stromes einer VISMA in Abhängigkeit der Last

Beispiele von bisher erzielten Egebnissen:

Es wurde eine Simulationsumgebung für netzbeschreibende Differentialgleichungen zum Ermitteln von Ruhelagen und zur Bestimmung ihrer Stabilität erstellt. Die verwendeten Algorithmen der Ruhelagenberechnung und der Eigenwertbestimmung wurden durch Messungen verifiziert. Ein Beispiel für solche Analysen sind in Abbildung 1 und 2 zu sehen.

Schema des Laborausbaus
Abbildung 3: Schema des Laborausbaus

Zur Validierung der theoretischen Ergebnisse wurde das Labor für aktive Verteilnetze im Energieforschungszentrum Niedersachsen um eine frei konfigurierbare Netzstruktur (siehe Abbildung 3) erweitert. 

Erprobung von Frequenzregelung im Netzbetrieb
Abbildung 4: Beispiel einer Erprobung von Frequenzregelung im Inselnetzbetrieb.

Hier wurden erste Frequenz- und Spannungsregelungen implementiert, die sowohl im Netzparallelbetrieb netzstützend arbeiten, als auch offgrid, d.h. im Inselnetzbetrieb, einen stabilen autonomen Betrieb ermöglichen (siehe Abbildung 4).

Projektpartner:

TU-Clausthal:

Institut für elektrische Informationstechnik

Universität Oldenburg:

Institut für Turbulenz, Windenergie und Stochastik
Institut für Energie- und Halbleiterforschung
Institut für computerorientierte theoretische Physik

Technische Universität Clausthal
Institut für Elektrische Energietechnik
Leibnizstr. 28
38678 Clausthal-Zellerfeld
Germany
Telefon: +49-5323-72-2299
Fax: +49-5323-72-2104