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Univ.-Prof Dr.-Ing. Dirk Westermann
Fachgebietsleiter
Kirchhoffbau Zi. 3039
Gustav-Kirchhoff-Straße 1
98683 Ilmenau
Robuste Steuerung und Regelung von Verteilernetzen mit hohem Anteil regelfähiger Erzeuger und Lasten mit dem Ansatz Flexible AC Distribution Systems (FACDS)
Im Rahmen des Projekts VEREDELE wird es beobachtet, dass sich das Energienetz von einem zentralistisch hierarchischen Stromnetz hin zu einem dezentralen Netz mit volatiler Einspeisung und Verbrauch wandelt. Volatile Einspeiser, wie Wind, PV und BHKW, sowie nicht zu vernachlässigende nicht deterministische Verbraucher, wie Elektrofahrzeuge und Wärmepumpen, werden das Energienetz künftig dominieren. Um diese neuartigen Einspeiser und Verbraucher in Einklang mit den gegebenen Netzkriterien zu bringen, werden immer häufiger regelbare Betriebsmittel, wie z. B. der regelbare Ortsnetztransformator (rONT) zum Einsatz gebracht. Auch werden die neuartigen Einspeiser und Verbraucher künftig regelbar/steuerbar ausgelegt werden müssen, um das Grundprinzip des Stromsystems - das Gleichgewicht zwischen Einspeisung und Verbrauch, unter Berücksichtigung der Bedingungen des physischen Netzes einzuhalten. Dabei sind die einzelnen regelbaren technischen Anlagen (Einspeiser, Lasten und Betriebsmittel) über einen gemeinsamen physikalischen Prozess, den Stromfluss, gekoppelt. Diese Kopplung führt zu Wechselwirkungen im Gesamtsystem. Ein sogenanntes Aufschwingen und darauffolgende Schutzabschaltungen sind dabei die am meisten spürbaren Auswirkungen. Ein ineffizienter Netzbetrieb und ungenutzte EE-Einspeisung dürften dabei jedoch die wohl ungewolltesten Auswirkungen sein. Aus diesem Grund ist das Gesamtziel des Vorhabens die Systemanalyse und Entwicklung eines FACDS Ansatzes zur robusten Steuerung und Regelung von Verteilernetzen mit hohem Anteil von Erzeugern und Lasten.
Es werden in diesem Projekt zwei Stabilisierungsmaßnahmen, zur Betriebsführung eines Wechselrichterverteilnetzes, entwickelt. Die Maßnahme, „Stabilizer“, bietet sich für die Stabilisierung einer Anpassung der Regelstruktur des Umrichters, durch eine spannungsabhängige Zusatzsignalaufprägung zur Verbesserung der Systemeigenschaften bei Anregungen und Störungen, an. Durch die Optimierung der lokalen Regelkreisdynamik des Umrichters die Systemstabilität des von Umrichtern dominierten Verteilnetzes zu verbessern. Auf Basis der Erkenntnisse vorhergehender Analysen wurde daher ein zusätzliches Signal in die bestehende Umrichter-Struktur integriert, mit der ein neuartiger Freiheitsgrad zum Erreichen des gewünschten Systemverhaltes erreicht wird. Dafür wird bei diesem Ansatz, mit Hilfe eines spannungsabhängigen Stabilizers, ein arbeitspunktabhängiges Stabilisierungssignal zugeschaltet, sodass ein gewünschtes Dämpfungsverhalten, welches als zentrales Stabilitätskriterium Im Rahmen des Projektes VEREDELE definiert wurde, gewährleistet wird. Die Ergebnisse der Simulation zeigen Stabilisierungseffekte sowohl im Intranetzbezirk als auch im Internetzbezirk. Die zweite Maßnahme dient dazu, die Parameter der kaskadierten Regler zu optimieren. Es wird ein dynamisches Konzept zur globalen Optimierung vorgeschlagen. Ergebnisse zeigen, dass sich durch kaskadierte Regelungstrecken eine dynamische, und somit online-, Anpassung zur arbeitspunktabhängigen Regler Parametrierung, mit dem Ziel Globaloptimum in Hinblick auf die Systemstabilität, anbietet. Die Simulationsergebnisse zeigen sowohl durch das „Dynamic Controller Tuning“ (DRT) als auch durch den Stabilizer Dämpfungseffekte, die der Destabilisierung durch die wachsende Anzahl des Umrichters entgegenwirken.