Dynamisches Verhalten von wechselrichterbasierten Erzeugungsanlagen im Kontext eines sicheren und stabilen Netzbetriebs

Der elektrische Energieverbrauch in Deutschland wurde im Jahr 2016 zu etwa einem Drittel aus regenerativen Erzeugungsanlagen gedeckt. Zeitweise wurde fast der gesamte deutsche Strombedarf von erneuerbaren, dezentralen Erzeugungsanlagen bereitgestellt. Ein Großteil dieser Erzeugungsanlagen speist die elektrische Leistung über Wechselrichter in das Netz ein. Das genaue dynamische Verhalten dieser Wechselrichter, in Netzfehlersituationen wie Kurzschlusssituationen oder unge-wollten Inselnetzbildungen, ist abhängig von der jeweiligen Programmierung und häufig nur unzureichend bekannt.

Zur Untersuchung des dynamischen Verhaltens von Wechselrichtern wurde im Rahmen dieser Arbeit ein Labor aufgebaut, das detaillierte Labormessungen in unter-schiedlichsten Netzsituationen ermöglicht.

Mit detaillierten Labormessungen in diesem Labor wird am Beispiel von zwei Photovoltaik-Wechselrichtern ein Simulationsmodell erstellt, welches die üblichen Netzfunktionen statische Spannungshaltung, frequenzabhängige Wirkleistungsreduktion, dynamische Netzstützung, Inselnetzerkennung und den Netz- und Anlagenschutz in EMT-Simulationen nachbildet.

Dieses Simulationsmodell wird in Simulationen eingesetzt, um am Beispiel von Inselnetzbildungen, auch in Verbindung mit Kurzschlüssen und Kurzunterbrechungen, Wechselwirkungen der einzelnen Netzfunktionen aufzuzeigen, die einen sicheren und stabilen Netzbetrieb gefährden könnten. Es werden resultierend Parametrierungshinweise gegeben, die einen sicheren Betrieb von Verteilungsnetzen mit hohem Anteil von Wechselrichtern gewährleisten sollen.

Da sich bei einem weiteren Ausbau wechselrichterbasierter Erzeugungsanlagen die Frage nach der Systemstabilität stellt, wird abschließend das Potenzial von netz-bildenden, spannungsstellenden Wechselrichtern und erweiterten Funktionen für übliche stromstellende Wechselrichter zur Erbringung von Momentanreserve untersucht. In Laborversuchen werden die Frequenzregelung in einem beispielhaften Netz dargestellt und die prinzipiellen regelungstechnischen Zusammenhänge erläutert.

Die Arbeit liefert grundsätzliche Werkzeuge und Methoden zur Beurteilung der Stabilität und des sicheren Betriebs von Netzen mit hohem Anteil wechselrichterbasierten Erzeugungsanlagen.