AP 2.4 – Dynamik und Stabilität von SDL-Verbünden

Zielsetzung

Durch den verstärkten Einsatz von dezentralen Energieerzeugungsanlagen sinkt der Anteil der Erzeugerleistung, der sich an der Netzregelung beteiligt. Damit müssen auch netzstabilisierende Aufgaben, die heute vor allem von konventionellen Kraftwerken erbracht werden, zukünftig zunehmend von den dezentralen Anlagen übernommen werden. Mehrere dezentrale Anlagen werden dafür in Verbünde gruppiert und mit Statikkennlinien ausgestattet, die die Erbringung von netzstützenden Dienstleistungen ermöglichen. Die Stabilität des Netzes und die Integration am Markt sind dabei Randbedingungen, die gewährleistet werden müssen.

Das Ziel vom AP2.4 ist die Gewährleistung der Netzstabilität unter Berücksichtigung dynamischer Effekte, die bei Beteiligung dezentraler Erzeuger an der Bereitstellung von Regelleistung auftreten. Vor allem ist die Bereitstellung von Primärregelleistung (PRL) und deren Einfluss auf die Stabilität von Bedeutung.

Methodik

Um die Stabilität des Verbundes betrachten zu können sind Teilmodelle der verschiedenen Komponenten im Netz nötig. Angaben zu dem Netz und den Anlagen, die einen Verbund bilden, werden von anderen Teilprojekten geliefert und in ein dynamisches Model integriert.

Bild 1

Aus dem Modell ergibt sich das dynamische Kleinsignalverhalten des Netzes für unterschiedliche Anlagenkonfigurationen, das mithilfe von Simulationen nachgebildet werden kann. Dabei zeigt sich, dass die Anlagendynamiken, die Statikkennlinien, die Netztopologie und die Einspeisepunkte einen Einfluss auf die Stabilität haben. Anhand dieser wird die Stabilität eines Verbundes untersucht. Als Beispiel wird es hier das Verhalten zweier Verbünde dargestellt, die sich nur in der Wahl der Einspeisepunkte unterscheiden. Nach 100 ms wird eine Änderung von 100 mHz in der Netzfrequenz simuliert, welche Schwingungen in der Energieeinspeisung der Anlagen provoziert. Obwohl die erste Konfiguration diese Schwingungen gut dämpfen kann, ist das Verhalten im zweiten Fall instabil.

Bild 2

Die Stabilitätsanalyse ist in so fern ein kritischer Punkt bei der Bildung von SDL-Verbünde, denn ein gewählter Verbund, der optimal aus Markt- bzw. Zuverlässigkeitssicht ist, kann trotzdem technisch nicht realisierbar sein, wenn die gewählten Statiken zu instabilem Verhalten führen.

Ergebnisse

Aus dem dynamischen Modell wurde ein heuristisches Verfahren abgeleitet, das die Stabilität des Verbundes prüft. Daraus entsteht nicht nur eine Ja/Nein Antwort, sondern auch ein numerischer Indikator, der die Dynamik der Anlagen bzw. die Dämpfung des Verbundes kennzeichnet. Dies ermöglicht die Bewertung einer gegebenen Verbundkonfiguration im Sinne von Netzstabilität bei der Bereitstellung von netzstützenden Systemdienstleistungen. Auf diese Weise kann die Wahl eines Verbundes unter Betrachtung sowohl der Dynamik als auch anderer Faktoren wie Verbundzuverlässigkeit und Marktintegration durchgeführt werden. Das instabile Verhalten im Verbund kann vermieden werden, indem die Regelparameter jeder Anlage so modifiziert werden, dass die daraus resultierende Dynamik stabil wird. Dafür ist es nötig, die in TP2.1 optimal gewählten Parametern zu modifizieren, welches eine neue Optimierung erforderlich macht.

Ein anderer Ansatz, um instabile Netzkonfigurationen zu stabilisieren, ist die Statikkennlinien durch lokale Dynamik in Form eines PDT Glieds zu erweitern. Damit bekommt das System einen zusätzlichen Parameter, den man bestimmen kann, um das System zu stabilisieren, ohne den in TP 2.1. gewählten Verbund zu modifizieren. Zwei Verfahren für die Auslegung dieses Reglers wurden ausgearbeitet, die in Form von Veröffentlichungen dokumentiert worden sind.

Publikationen

Ansprechpartner

Ing. Mauro Calabria
m.calabria@tu-bs.de
Prof. Dr.-Ing. Walter Schumacher
w.schumacher@tu-bs.de