englisch
Transstabil-EE

Regelung von Wind- und Solarparks für stabile Netze

Projektstatus
Begonnen

Netzstabilität bei hoher Stromrichter-Durchdringung

Das Hauptziel des Forschungsvorhabens ist ein Regelungsverfahren für Strom aus erneuerbaren Energien und Lasten zu entwickeln, so dass die Netzstabilität auch bei sehr hohen Anteilen von erneuerbarem Strom bestehen bleibt. Dazu sind neue Lösungen notwendig, da immer mehr stromrichterbasierte Erzeuger und Lasten an das europäische Verbundnetz angeschlossen sind. Die Regelungen, die derzeit im Einsatz sind, benötigen einen Mindestanteil von konventionellen Kraftwerken. In Zukunft werden dieser aber immer seltener benötigt, um den Strombedarf zu decken. 

Die sogenannte konventionelle Mindesterzeugung belastet das Klima und führt zu hohen Kosten. Andererseits sind Großstörungen mit Netzauftrennung wie die am 4. November 2006 oder 28. Juli 2003 mit heutigen Regelungsverfahren und regional hohem Anteil von erneuerbaren Energien nicht mehr sicher beherrschbar. Die im Projekt entstehenden Regelungsverfahren sollen dafür sorgen, dass der Netzbetrieb technisch unabhängig von konventionellen Kraftwerken wird und so die geplanten Ausbauziele der Erneuerbaren Energien realisiert werden können. Dabei liegt der Fokus im Projekt auf der transienten Stabilität im Kurzzeitbereich – also bis zu etwa dreißig Sekunden nach Beginn eines Stör-Ereignisses. 

Im Bild zu sehen ist die schematische Abtrennung eines Teilnetzes vom Verbundnetz. Dies stellt besondere Anforderungen an die Regelung von Stromrichtern
Im Bild zu sehen ist die schematische Abtrennung eines Teilnetzes vom Verbundnetz. Dies stellt besondere Anforderungen an die Regelung von Stromrichtern. Quelle: Fraunhofer IWES

Das Projekt wird von den Partnern Fraunhofer IWES Kassel, 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 IWES, Institutsteil für Energiesystemtechnik, in Kassel untersucht schwerpunktmäßig den Lösungsansatz der so genannten virtuellen Synchronmaschine für Windturbinen und koordiniert die geplanten experimentellen Untersuchungen. Das Team um Prof. Dr.-Ing. Olaf Stursberg an der Universität Kassel bringt Expertise zum Thema der Modell-prädiktiven Regelung für Windparks ein. Der Hersteller von Wechselrichtern, SMA, entwickelt Regelungsverfahren für Solarwechselrichter und Solarparks, und in Rostock werden am Lehrstuhl von Prof. Dr.-Ing. Hans-Günter Eckel insbesondere Verfahren für leistungselektronisch angebundene Lasten untersucht. Die Partner sind im Juni 2015 mit einem Kick-Off-Treffen in Kassel in die gemeinsame Projektarbeit gestartet.

Entwicklung von Regelungsverfahren und Demonstration im Testnetz

In der Mittelspannungs-Testumgebung finden die geplanten Versuche des Forschungsvorhabens Transstabil-EE statt.
In der Mittelspannungs-Testumgebung finden die geplanten Versuche des Forschungsvorhabens Transstabil-EE statt. Quelle: Fraunhofer IWES

Als erste Schritte wurden Referenz-Szenarien entwickelt und im Rahmen eines Austausch-Workshops mit Übertragungsnetzbetreibern und Anlagenherstellern diskutiert und abgestimmt. Ein Szenario ist eine Großstörung, wie sie bei der Netzauftrennung 2006 auftrat.  Dieses und weitere Szenarien gut zu beherrschen ist das Entwicklungsziel für die entstehenden Einheiten- und Parkregelungen. Erste Regelungsverfahren für Erzeuger und Lasten wurden entwickelt und im Labormaßstab getestet. Das Frequenzableitungs-Verfahren (df/dt) wurde auf seine Eignung für die Beherrschung einer Teilnetzabtrennung untersucht. Die dabei zutage getretenen Einschränkungen sollen durch die Virtuelle Synchronmaschine beseitigt werden. Erste Labortests der Virtuellen Synchronmaschine waren erfolgreich.  Das Kurzschlussverhalten einer Windturbine mit doppeltgespeistem Asynchrongenerator wurde durch einen modellprädiktiven Regelungsansatz verbessert.

Weiterhin erstellen die Projektteilnehmer geeignete Modelle zum Entwurf der Regler sowie der nachgeschalteten Validierung. Ein wesentlicher Anteil der Projektarbeiten entfällt auf die Entwicklung von Regelungsverfahren, die zunächst technologieunabhängig für Stromrichter erarbeitet werden. Im nächsten Schritt ergänzen die Ingenieure spezifische Erweiterungen für die jeweilige Anlagentechnologie. So lassen sich Windturbinen, Windparks, Photovoltaik-Parks oder regelbare Lasten besser in der Regelung abbilden. Von SMA wird hierfür ein neuer verbesserter PV-Park-Regler entwickelt und am IWES werden für die Untersuchungen Versuchsanlagen vorbereitet, an denen die neuen Verfahren praktisch validiert werden. Das Mittelspannungs-Testnetz am IWES wurde um einen skalierten Windpark mit den leistungselektronischen Komponenten von zwei Turbinen erweitert. Die Aerodynamik und Strukturdynamik der Windturbinen werden als virtuelle Systeme nachgebildet. Zudem sollen Verfahren für PV-Parks und regelbare Lasten eingebunden werden.

Die erwartbaren Ergebnisse des Projekts sind einerseits Regelungsverfahren, die den Netzbetrieb ohne konventionelle Kraftwerke ermöglichen. Andererseits aber auch die Untersuchungen über den zukünftigen Betrieb von Stromnetzen mit hohem Anteil von erneuerbaren Energieträgern – vor allem in Bezug auf den Verzicht der Synchronmaschinen.

Projektlaufzeit

04/2014 – 03/2018 

Kontakt

Daniel Duckwitz
Verbundkoordinator
Fraunhofer-Institut für Windenergie und Energiesystemtechnik (IWES)
Institutsteil Energiesystemtechnik
Königstor 59
34119 Kassel
+49 561 7294-310

Forschungsförderung

Das Informationssystem EnArgus bietet Angaben zur Forschungsförderung, so auch zu diesem Projekt.

Basisinformationen

Wer bestimmt wann und wo eine Leitung in Deutschland gebaut wird? Der Netzausbau ist streng geregelt. Hier gibt es einen Überblick über das Verfahren.

MEHR

Wie ist unser Stromnetz aufgebaut? Was für Netzformen gibt es? Was bedeuten Versorgungssicherheit und -qualität?

MEHR

Was bedeutet Gleich-, was bedeutet Wechselstrom? Wo sind die Unterschiede, was sind die Vor- und Nachteile?

MEHR

Virtuelle Kraftwerke, aktive Verteilnetze, intelligente Zähler und adaptive Schutzsysteme. Hier gibt es Informationen zu den wichtigsten Punkten eines Smart Grid.

MEHR

Die erzeugte Energie muss in einem Netz immer gleich der verbrauchten Energie sein. Das zu gewährleisten ist Aufgabe der Systemdienstleistungen.

MEHR