Fraunhofer IEE und Partner starten Forschungsprojekt zur Stabilisierung der Netzfrequenz durch Stromrichter von Solar- und Windparks

NICHT VERWENDEN; DA KEINE RECHTE DAZU VORLIEGEN

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In der alten, fossil geprägten Energiewelt wird die Netzfrequenz wesentlich über die Trägheit der Schwungmassen von Großkraftwerken stabilisiert. In naher Zukunft jedoch werden auch Erneuerbare-Anlagen die Netzdynamik bestimmen – über die Regelung ihrer Stromrichter. Um die Steuerung der Netze bei einem hohen Photovoltaik- und Windenergie-Anteil abzusichern, arbeitet das Fraunhofer-Institut für Energiewirtschaft und Energiesystemtechnik IEE zusammen mit Partnern jetzt im Forschungsprojekt LI-SA an digitalen Assistenzsystemen für Netzbetreiber. Sie sollen eine vorausschauende Online-Bewertung des Zusammenspiels von Anlagen mit geringer mechanischer Trägheit in den Leitwarten der Netzbetreiber ermöglichen.

Neben dem Fraunhofer IEE als Koordinator sind das Fraunhofer-Institut für Optronik, Systemtechnik und Bildauswertung IOSB, die Unternehmen PSI Software und Avasition sowie die Übertragungsnetzbetreiber Tennet und TransnetBW an dem Projekt beteiligt. Das Bundeswirtschaftsministerium fordert das Vorhaben in den kommenden drei Jahren mit insgesamt 4 Millionen Euro.

„Versorgungssicherheit bedeutet, den Strombedarf der elektrischen Lasten jederzeit und in definierter Qualität abzudecken“, erläutern die Projektleiter Diana Strauß-Mincu und Thomas Degner vom Fraunhofer IEE. „Dazu müssen Frequenz und Spannung im Netz stabil gehalten werden. Diese Aufgabe wird mit dem Umbau der Energieversorgung deutlich komplexer, und wir benötigen neue Rechenmodelle, die alle relevanten Vorgänge und insbesondere die stromrichtergekoppelten Anlagen im Netz berücksichtigen.“

System soll dynamische Stabilitätsbetrachtungen ermöglichen

In einem vernetzten System können lokale Fehler über Kettenreaktion eine große regionale Wirkung entfalten. Daher sind neben Momentaufnahmen auch Bewertungen wichtig, die die zeitliche und räumliche Entwicklung berücksichtigen. Den Schwerpunkt von LI-SA bildet deshalb die Entwicklung eines modularen Assistenz-Tools, das die heutigen Assistenzsysteme um dynamische Stabilitätsbetrachtungen ergänzt. Erprobt wird das Tool mit einer Simulation der realen Vorgänge im Stromversorgungssystem: Ein digitaler Zwilling des Netzes ermöglicht anhand bekannter Netzdaten eine dynamische Sicherheitsbewertung.

Der digitale Zwilling soll Einblicke in das Zusammenspiel der Anlagen über die verschiedenen Spannungsebene hinweg eröffnen. Im Mittelpunkt der Forschung steht dabei die Systemträgheit. „Im Forschungsprojekt LI-SA wird die jeweils momentan verfügbare Trägheit der Anlagen in stromrichterdominierten Netzen erfasst und damit die Frequenzstabilität bewertet. Weitere wichtige Aspekte sind Stabilitätsanalyse und -bewertung der Stromrichterregelungen“, berichtet Strauß-Mincu.

Zubau stromrichtergekoppelter Anlagen verändert die Dynamik der Stromsystems

Das Forschungsinteresse spiegelt die Veränderungen in der Stromerzeugung: In einem System mit Großkraftwerken bringen große Schwungmassen Trägheit und Stabilität in die Netze. Die konventionellen Photovoltaik- und Windkraftanlagen reagieren hingegen innerhalb von Bruchteilen von Sekunden und je nach Technologie beziehungsweise eingesetzter Regelung unterschiedlich, da technische Niveaus verschiedener Baujahre nebeneinander existieren: die konventionellen Stromrichter folgen der Spannung am Netzanschlusspunkt, während neue netzbildende Einheiten am Netzanschluss eine Spannung einprägen und sich eher wie Synchrongeneratoren verhalten.

Bisher waren derartige Assistenzsysteme nicht erforderlich, weil die Netzbetreiber sich auf das träge Verhalten der konventionellen Kraftwerke und ihre jahrzehntelange Erfahrung verlassen konnten. Der rasante Zubau stromrichtergekoppelter Anlagen verändert die Dynamik der Stromsystems und machen neue Tools erforderlich, um das hohe Stabilitätsniveau zu halten oder sogar zu verbessern.

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