Das Grundprinzip des Betriebs elektrischer Energienetze ist unmittelbar durch das elektromechanische Verhalten von Synchrongeneratoren bestimmt. Die Netzfrequenz dient dabei als zentrale Führungsgröße und spiegelt das Gleichgewicht zwischen Wirkleistungserzeugung und -verbrauch wider. Mit dem Ausstieg aus der Kern- und Kohleverstromung sowie dem zunehmenden Ausbau erneuerbarer Energien geht der Bestand an Synchrongeneratoren deutlich zurück. Daraus ergibt sich die Notwendigkeit, den Verbundnetzbetrieb perspektivisch an die veränderten Rahmenbedingungen anzupassen und weiterzuentwickeln.
Synchrongeneratoren realisieren durch die Einprägung einer Spannung ein netzbildendes Verhalten. Allerdings werden zukünftig vermehrt leistungselektronische Umrichter in das Stromnetz integriert, etwa über DC-Systeme zur Anbindung von Offshore-Windparks oder über HGÜ-Verbindungen. Aufgrund der fehlenden mechanischen Massenträgheit weisen Umrichter ein deutlich schnelleres dynamisches Verhalten sowie vielfältigere Regelungsmöglichkeiten gegenüber Synchrongeneratoren auf und unterscheiden sich damit grundlegend in ihrem elektrotechnischen Verhalten. 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. Vor diesem Hintergrund verfolgt das Projekt DisrupSys das Ziel, den winkelbasierten Verbundnetzbetrieb in umrichterdominierten Energieversorgungssystemen unter Wahrung des Wirk- und Blindleistungsgleichgewichts zu erforschen und weiterzuentwickeln. Dabei steht im Fokus, wie das Verbundnetz dahingehend transformiert werden.
Ziele des Projekts:
Darstellung eines auf Winkelregelung basierenden Betriebsregimes für ein elektrisches Verbundnetz mit Einsatz von netzbildenden Umrichtern und überwiegend erneuerbaren Energieeinspeisern nach Szenario 2040
Entwicklung von Modulen 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
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 Bezug auf das Systemverhalten anhand von Durchdringungs-Szenarien und Ableitung geeigneter örtlicher und zeitlicher Allokationen
Analyse unterschiedlicher Konzepte in Bezug auf die Umsetzung einer netzbildenden Regelung von Umrichtern in Bezug auf die Implementierung in einer Winkelregelung.
