ACSICON Neuartige Analyse- und Steuerungslösungen für dynamische Sicherheitsprobleme im zukünftigen ENTSO-E Netz (abgeschlossen)
Partner: ETHZ (FEN), ABB Corporate Research Switzerland (later Hitachi-ABB Power Grids Research)
Dauer: 07/2018 - 12/2020
Finanzierung: BFE
Projektleiter: FEN
Projektteam: Dr. Alexander Fuchs, Dr. Turhan Demiray
und Dr. Mats Larsson bei Hitachi-ABB Power Grids Research
externe SeiteSchlussbericht (Englisch)
- Quantifikation der Stabilitätsgrenzen mit und ohne dynamische Unterstützung durch die Umrichter
- Entwicklung einer Methode zur Erzeugung reduzierter Verteilnetzmodelle
- hinreichend einfach um komplexe Übertragungsnetz mit untergelagerten dynamischen Verteilnetzen zu simulieren
- hinreichend genau um die wichtigsten Interaktionen zwischen Verteilnetz und Übertragungsnetz abzubilden
Im Rahmen des Projekts wurden das Potenzial der Netzunterstützung durch Umrichter sowie die notwendigen praktischen Überlegungen zur Reglerabstimmung untersucht, um einen Durchdringungsgrad von netzbildenden DERs von über 100 % der Verteilnetzlast zu ermöglichen. Derzeit gibt es in der Branche keinen Konsens darüber, welche Regelungsstrukturen verwendet werden sollten und wie solche Regler einzustellen und zu konfigurieren sind, um einen maximalen Nutzen für die Gesamtstabilität des Netzes zu erzielen. Darüber hinaus wird ein großer Teil der DRES auf der Verteilungsebene installiert werden, wo ihre Auswirkungen auf die Stabilität des Gesamtsystems nicht gut bekannt sind. Da die relevante Infrastruktur des Stromnetzes jetzt verändert wird, ist es wünschenswert, ein besseres Verständnis dieser Probleme und möglicher zukünftiger politischer Änderungen zu erlangen. Die robuste Lösung dieser Herausforderungen ist eine Voraussetzung für den Erfolg der europäischen Energiewende, wie sie in der Energiestrategie 2050 für die Schweiz formuliert ist, und steht im Mittelpunkt dieses Projekts.
- Verteilnetze mit hohem Anteil an konverter-basierter Erzeugung (PV, Wind, Batterien)
- Herausforderung durch Interaktionen zwischen Konvertern innerhalb eines Verteilnetzes
- Chancen durch neue Konverter-Regelansätze zur dynamischen Unterstützung (Droop control, VSM)
- Auswirkung auf die Netzstabilität
Es wird erwartet, dass die Energiewende zu einer verstärkten Erzeugung aus umrichtergekoppelten dezentralen Energiequellen (DER) wie Photovoltaik und Wind führen wird. Gleichzeitig wird ein Teil der traditionellen, auf Synchronmaschinen basierenden Stromerzeugung stillgelegt, z. B. aus Kostengründen oder wegen des Ausstiegs aus der Kernenergie, was zu neuen Herausforderungen für die dynamische Stabilität führt. Jüngste Entwicklungen haben zu so genannten netzbildenden Umrichtersteuerungsarchitekturen geführt, die auch die Erbringung von Netzdienstleistungen wie Frequenz- und Spannungsregelung ermöglichen, für die der Netzbetrieb traditionell auf die Erzeugung mit Synchronmaschinen angewiesen war.
Die folgenden Hauptaufgaben wurden im Rahmen des Projekts durchgeführt:
- Modellierung und Abstimmung von netzbildenden und netzfolgenden Umrichtern.
- Untersuchung von Wechselwirkungen in Verteilnetzen und Modellaggregation.
- Aggregation von dynamischen Verteilnetzmodellen (sowohl im Frequenz- als auch im Zeitbereich) [Tool: Einsatz der Matlab Control Toolbox für Modellreduktionstechniken für lineare dynamische Verteilnetzmodelle].
- Validierung in zwei Simulations-Engines (Abbildung, Large-Scale RMS und EMT).
- Implementierung in ein komplexes dynamisches Übertragungsnetzmodell (ENTSO-E). [Tool: firmeneigenes FlexDYN mit Python-Modellierungsrahmen.]
Eine große Störung in Form eines Systemsplits des kontinentalen ENTSO-E-Systems wurde für verschiedene Entwicklungspfade von Umrichtern, die Synchronmaschinen ersetzen, untersucht (EE-Durchdringung, Standort und Umfang der Netzunterstützung durch Umrichter). Es wurde festgestellt, dass die Ausstattung eines kleinen Anteils der neuen Umrichter (5-10 %) mit Netzunterstützungsfunktionen ausreicht, um die dynamische Leistung des Stromnetzes auf dem heutigen Niveau zu halten, selbst wenn ansonsten mehr als 50 % der synchronen Erzeugung durch statische Umrichter ohne Netzunterstützung ersetzt werden (Abbildung).
