DisrupSys

DisrupSys: Disruptive Funktionen und Technologie für den winkelbasierten Verbundnetzbetrieb in Umrichter dominierten Energiesystemen mit überwiegend regenerativer Einspeisung
Das Grundprinzip des Betriebs elektrischer Energienetze ist unmittelbar durch das elektromechanische Verhalten von Synchrongeneratoren bestimmt. Dabei dient die Netzfrequenz als zentrale Führungsgröße und ist ein Indikator für das Gleichgewicht zwischen Wirkleistungserzeugung und -verbrauch. Mit dem Wegfall von Kernkraft- und Kohlekraftwerken sowie der zunehmend regenerativ geprägten elektrischen Energieerzeugung fällt auch eine signifikante Anzahl Synchrongeneratoren weg. Hieraus resultiert die Notwendigkeit, perspektivisch den Verbundnetzbetrieb an die neuen Rahmenbedingungen anzupassen und weiterzuentwickeln. 

Synchrongeneratoren realisieren über die Einprägung einer Spannung elektrotechnisch ein netzbildendes Verhalten. Zukünftig werden über den Anschluss von DC-Systemen zur Kopplung von Offshore-Windparks oder auch HGÜ-Verbindungen vermehrt leistungselektronische Umrichter im Stromnetz implementiert. Aufgrund der fehlenden Massenträgheit weisen diese ein wesentlich schnelleres dynamisches Verhalten sowie vielfältigere Regelungsmöglichkeiten als Synchrongeneratoren auf und unterscheiden sich im elektrotechnischen Verhalten somit grundlegend von diesen. Die vielfältigeren Regelungsmöglichkeiten dieser Umrichter können zukünftig vorteilhaft genutzt werden, etwa um aus Sicht des Verbundnetzbetriebs ein netzbildendes, d.h. spannungseinprägendes Regelverhalten der Umrichter zu realisieren. Dies erfordert, dass die Umrichter über geeignete Regelungsalgorithmen am Netzverknüpfungspunkt eine Spannung nach Betrag und Phase (Winkel) stellen. 

Eine Möglichkeit, einem spannungseinprägend-geregelten Umrichter auf Basis des Netzzustands kommunikationsbasiert einen Arbeitspunkt zuzuweisen, besteht in einem winkelbasierten Verbundnetzbetrieb, der so genannten Winkelregelung. 

Im Projekt DisrupSys sollen vor diesem Hintergrund der winkelbasierte Verbundnetzbetrieb in Umrichter dominierten Energieversorgungssystemen unter Wahrung des Wirk- und Blindleistungsgleichgewichts erforscht und entwickelt werden. Dabei steht im Fokus, wie das Verbundnetz dahingehend transformiert werden.

Ziele:
•   Ein auf Winkelregelung basierendes Betriebsregime für ein elektrisches Verbundnetz mit Einsatz von netzbildenden Umrichtern und überwiegend erneuerbaren Energieeinspeisern nach Szenario 2040
•   Module für Netzleittechnik zur optimalen Allokation von Energiereserven für Ausgleichsenergie, für Sollwertzeitreihen für Umrichter, für Ausregelung eines Erzeugungsungleichgewichts und zur Bestimmung
    und Auslösung von Maßnahmen zur Beherrschung von (n-1)-Fällen
•   Entwicklung von netzleittechnischen Assistenzsystemen zur zukünftigen vollständigen oder teilweisen Integration des neuen Betriebsregimes in netzleittechnische Systeme

•   Komponente am Umrichter zur Umsetzung des winkelbasierten Betriebsregimes im Wechselspiel mit der Netzleittechnik

•   Methoden zur optimalen Dimensionierung der Energiespeichereinheit am Umrichter zur Wahrnehmung der Betriebsaufgaben im Verbundnetz sowie Methoden zum Betrieb der Schnittstelle zu einer parallelen Energieträgerinfrastruktur am Beispiel Wasserstoff (H2)

•   Aufbau eines Demonstrators zur Demonstration und Validierung des winkelbasierten Betriebsregimes unter Berücksichtigung netzleittechnischer Latenzen
•   Darstellung des Transformationspfads vom heutigen System zur einem winkelbasierten Betriebsregime und Abbildung geeigneter Schritte als Szenarien im Demonstrator
•   Analyse des Zusammenspiels aus Leistungs-Frequenz-Regelung und Winkelregelung in Be-zug auf das Systemverhalten anhand von Durchdringungs-Szenarien und Ableitung geeigneter örtlicher und zeitlicher Allokationen
•   Analyse unterschiedlicher Konzepte in Bezug auf die Umsetzung einer netzbildender Regelung von Umrichtern in Bezug auf die Implementierung in einer Winkelregelung