Forschungsprojekt PnP Netze

PnP Netze – Netzbildende Regelung für verteilte Stromrichter

Der Ausschuss für Bildung, Forschung und Technikfolgeabschätzung des Deutschen Bundestages befasste sich mit der Gefährdung moderner Gesellschaften durch großräumige und langandauernde Stromausfälle. Dabei wurde betont, dass regionale Inselnetze mit dezentralen Energieversorgern für die Katastrophenbewältigung von großer Bedeutung sind, insbesondere für die Versorgung zentraler Infrastrukturelemente wie Behörden und Krankenhäuser.

Das Fraunhofer IEE stellte einen innovativen Lösungsansatz für den Aufbau von Inselnetzen vor, der netzbildende Stromrichter verwendete, die örtlich autark, modular einsetzbar und ohne übergeordnete Kommunikation agieren konnten. Diese Stromrichter sollten auch die Spannungsqualität verbessern und fanden Anwendung in Industrieanlagen, Notstromversorgungen für öffentliche Einrichtungen und Krankenhäuser. Um die Redundanz und Modularität in Inselnetzen und Verbundnetzen zu erhöhen, war es entscheidend, dass die netzbildenden Stromrichter flexibel im Netz verteilt werden konnten. Der gesellschaftliche Nutzen dieses Regelungsverfahrens wurde als hoch eingeschätzt, da es Lösungen für die Herausforderungen von Insel- und zukünftigen Versorgungsnetzen bot.

Validierung eines neuen Plug & Play-Konzepts für netzbildende Wechselrichter

Übersicht über das Fraunhofer IEE Testzenter SysTec, mit schematischer Darstellung des Testaufbaus für PNP-Netze im SGLV-Bereich (Intelligentes Niederspannungsnetz Laborbereich).
© Fraunhofer IEE
Übersicht über das Fraunhofer IEE Testzenter SysTec, mit schematischer Darstellung des Testaufbaus für PNP-Netze im SGLV-Bereich (Intelligentes Niederspannungsnetz Laborbereich).
43,5 kVA RCP-Stromrichter, der im Rahmen des Projekts entwickelt wurde.
© Farunhofer IEE
43,5 kVA RCP-Stromrichter, der im Rahmen des Projekts entwickelt wurde.

Das Projekt PnP Grids "Validierung eines neuen Plug & Play-Konzepts für netzbildende Wechselrichter" verfolgte das primäre Ziel, ein vom Fraunhofer IEE patentiertes netzbildendes Regelverfahren praktisch zu validieren. Das netzbildende Regelungsverfahren eignet sich insbesondere für den Einsatz von lokal verteilten, dezentral installierten netzbildenden Stromrichtern in Netzen resistiv ausgeprägten Charakteristik (Niederspannungs- oder Mittelspannungsnetz).

Zur Validierung wurde am Fraunhofer IEE ein Microgrid-Ökosystem aufgebaut, das sich durch mehrere im Projekt entwickelte dezentral verteilte 43,5 kVA RCP-Stromrichter (Rapid-Control-Prototyping) auszeichnet, auf denen die netzbildenden Regelungsverfahren implementiert wurden .

Um die Plug-and-Play-Fähigkeit zu adressieren, wurde die Regelung allgemeingültig parametriert, ohne Anpassung an die jeweilige Netztopologie. Die Verfahren wurden, auf den im Projekt entwickelten schnell taktendenden netzbildenden Umrichtern implementiert, die durch dessen Hardware-Design besonders repräsentativ für zukünftige Stromrichtergenerationen sind.

Innovative Strombegrenzungsverfahren und Anwendungen netzbildender Umrichter

Grafische Darstellung "Netzbildender Umrichter mit SelfLim im LVRT-Betrieb."
© Fraunhofer IEE
Netzbildender Umrichter mit SelfLim im LVRT-Betrieb.
Grafische Darstellung des dezentralen Betriebs von netzbildenden Umrichtern.
© Farunhofer IEE
Dezentraler Betrieb von netzbildenden Umrichtern.

Im weiteren Verlauf des Projekts war die Patenterstellung eines Patents* für ein innovatives Strombegrenzungsverfahren mit netzbildenden Eigenschaften („SelfLim“), für den Verbund- und Inselnetzbetrieb, eines der wesentlichen Projekthighlights. Zusammen mit der Validierung des Strombegrenzungsverfahrens im netzgebundenen und im Inselnetzbetrieb wurde das Potenzial des Einsatzes von Stromrichtern mit der validierten netzbildenden Regelung demonstriert, die dezentral verteilt und modular eingesetzt werden können und im gleichberechtigten Betrieb mit anderen ähnlichen dezentralen verteilten Umrichtern agieren können.

Die Anwendungen der netzbildenden Umrichter umfassen den Betrieb in abgelegenen Inselnetzen, in dynamischen Netzinseln im Verbundnetz (sofern in der Normung vorgesehen) und den Einsatz als USV-Anwendungen für Industrieanlagen, Notstromversorgungen für öffentliche Einrichtungen (z.B. Feuerwehren, Rathäuser, Technisches Hilfswerk etc.) oder Krankenhäuser.



*Strombegrenzung für netzbildende Wechselrichter (DE102021206502)

Förderung: Bundesministerium für Bildung und Forschung

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