Forschungsprojekt Transstabil-EE

Schwerpunkte

Projektkoordination, Virtuelle Synchronmaschine für Windturbinen, Netzstabilität bei hoher Stromrichter-Durchdringung

Netzstabilität bei hoher Stromrichter-Durchdringung

Das Hauptziel ist die Entwicklung von Regelungsverfahren für Erzeugungsanlagen für Strom aus erneuerbaren Energien (EE-Einspeiser) und Lasten, die die Netzstabilität auch bei sehr hohen Anteilen von erneuerbarem Strom garantieren. Diese Verfahren sind notwendig, da die Durchdringung des Stromnetzes mit stromrichterbasierten Einspeisern und Lasten im europäischen Verbundnetz stetig ansteigt. Regelungsverfahren nach dem Stand der Technik sind auf einen Mindestanteil von konventionellen Kraftwerken angewiesen, die in Zukunft immer seltener benötigt werden um die Last zu decken. Diese sogenannte konventionelle Mindesterzeugung belastet das Klima und führt zu hohen Kosten. Andererseits sind Großstörungen mit Netzauftrennung wie die am 4.11.2006 oder 28.7.2003 mit den heutigen Regelungsverfahren bei regional hoher EE-Durchdringung nicht mehr sicher beherrschbar. Die im Projekt entstehenden Regelungsverfahren sollen dafür sorgen, dass der Netzbetrieb technisch unabhängig von konventionellen Kraftwerken wird, und somit die geplanten Ausbauziele der Erneuerbaren Energien realisiert werden können. Dabei liegt der Fokus im Projekt auf der transienten Stabilität im Kurzzeitbereich, d.h. von Null bis zu etwa dreißig Sekunden nach einem Stör-Ereignis.

Projektteam aus IEE, SMA und den Universitäten Rostock und Kassel

Das Projekt wird von den Partnern Fraunhofer IEE, der SMA Solar Technology AG, dem Fachgebiet Regelungs- und Systemtheorie der Universität Kassel und dem Lehrstuhl für Leistungselektronik der Universität Rostock gemeinsam durchgeführt. Das Fraunhofer IEE (Expertise Windturbinen, Stromrichter, Regelungstechnik) untersucht schwerpunktmäßig den Lösungsansatz der »virtuellen Synchronmaschine« für Windturbinen und koordiniert die geplanten experimentellen Untersuchungen. Das Team um Prof. Stursberg an der Uni Kassel bringt Expertise zum Thema der Modell-prädiktiven Regelung für Windparks ein. Beim Wechselrichterhersteller SMA werden Regelungsverfahren für Solarwechselrichter und Solarparks entwickelt, und in Rostock werden am Lehrstuhl von Prof. Eckel insbesondere Verfahren für leistungselektronisch angebundene Lasten untersucht. Die Partner sind am 18.6.2015 mit einem Kick-Off-Treffen in Kassel in die gemeinsame Projektarbeit gestartet.

Entwicklung von Regelungsverfahren und Demonstration im Testnetz

Das Entwickeln von  neuen Regelungsverfahren erfordert zunächst die Definition von Anforderungen sowie von Referenz-Szenarien, für die die Regler später zu validieren sind. Ein Szenario kann sich beispielsweise auf eine Großstörung beziehen, die zur Bewertung der neuen Verfahren simuliert wird (z.B. angelehnt an die Netzauftrennung am 4.11.2006). Weiterhin sind geeignete Modelle zum Entwurf der Regler sowie der nachgeschalteten Validierung zu erstellen. Ein  wesentlicher Anteil der Projektarbeiten entfällt auf die Entwicklung von Regelungsverfahren, die zunächst technologieunabhängig für Stromrichter erarbeitet werden. Im nächsten Schritt sind spezifische Erweiterungen für die jeweilige Anlagentechnologie, also beispielsweise für Windturbinen, Windparks, Photovoltaik-Parks oder regelbare Lasten zu ergänzen. Für die Untersuchungen werden bei SMA und am IEE Versuchsanlagen vorbereitet, an denen die Verfahren praktisch validiert werden können. Das Mittelspannungs-Testnetz am IEE wird so erweitert, dass ein skalierter Windpark mit den leistungselektronischen Komponenten von zwei Turbinen entsteht. Die Aerodynamik und Strukturdynamik der Windturbinen werden als virtuelle Systeme nachgebildet. Zudem sollen Verfahren für PV-Parks und regelbare Lasten eingebunden werden.

Erwartetes Ergebnis:
Stabiler Netzbetrieb auch ohne konventionelle Kraftwerke

Es werden einerseits neue Regelungsverfahren entwickelt, die den Netzbetrieb ohne konventionelle Kraftwerke ermöglichen sollen. Somit sind einerseits die Verfahren an sich Ergebnisse des Projekts, andererseits aber auch die Untersuchungen über den zukünftigen Betrieb von Stromnetzen mit hoher EE-Durchdringung, insbesondere hinsichtlich des weitgehenden Verzichts auf Synchronmaschinen.