Projekt

Ausgangslage

Aufgrund des fortwährenden Zubaus an dezentralen Einspeisern, steuerbaren Lasten und der zu erwartenden Integration von Speichern auf Verteilnetzebene steigen die Anforderungen an Netzplanung und –betrieb beständig.

Durch die volatile Einspeisung großer Wind- und Solarparks werden die Netze in der Hoch- und Mittelspannungsebene stark fluktuierend ausgelastet. Der daraus resultierende unstetige Blindleistungsbedarf erschwert die notwendige Spannungshaltung zunehmend. In der Niederspannungsebene führt die Einspeisung der PV-Anlagen mitunter zu Änderungen der Lastflussrichtung, wodurch mit steigender Häufigkeit Spannungsbandverletzungen auftreten. Zudem wird die unkoordinierte Ladung von Elektrofahrzeugen und die marktbezogene Ansteuerung dezentraler Speicher zukünftig zunehmend zu einer Überschreitung der maximalen Belastbarkeit des Niederspannungsnetzes führen.

Lösungsansatz

Zielführend erscheint der Ansatz, dass im Falle von Netzengpässen dezentrale Einspeiser sowie steuerbare Lasten und Speicher als Flexibilitäten netzdienlich angesteuert werden. Die Umsetzung dieses Konzepts wird aktuell durch die hohen Sicherheitsanforderungen an die kommunikationstechnische Anbindung der zahlreichen und weit verteilten Anlagen erschwert.

Leistungselektronische Betriebsmittel finden im Übertragungsnetz zur Anbindung von Offshore-Windparks und zur Übertragung großer Leistungen über weite Entfernungen zunehmend Anwendung. Durch die steigende Nachfrage und kontinuierliche Weiterentwicklung leistungselektronischer Komponenten sind deren leistungsbezogene Kosten über die vergangenen Jahre kontinuierlich gesunken. Unter Annahme einer weiteren Kostenreduzierung ist zukünftig zudem ein Einsatz leistungselektronischer Umrichter als Standardbetriebsmittel in der Verteilnetzebene denkbar.

Im heutigen Energiesystem sind die Merkmale der Spannungsqualität im gesamten Netz gekoppelt. Um dem Endverbraucher die vorgeschriebene Versorgungsqualität bereitstellen zu können, sind daher hohe Qualitätsvorgaben im gesamten Netz einzuhalten. Der Lösungsansatz basiert auf der Verwendung leistungselektronischer Umrichter als Betriebsmittel eines VNBs. Für deren Einsatz als Netzkupplung existieren jedoch aktuell keine Erfahrungen zur Dimensionierung der leistungselektronischen Komponenten, zur Auslegung des Selektivschutzsystems, zur Auswahl geeigneter Regelungsverfahren sowie zu Betriebsverhalten und -konzepten.

Ziele

Der Einsatz leistungselektronischer Umrichter als Netzkupplungen zur Bildung Modularer Netze ermöglicht im Verteilnetz grundlegend neue Anwendungsfelder:

• Reduktion von spannungsbedingtem Netzausbau durch Vorgabe eines optimalen Spannungssollwerts im Modularen Netz und durch steuerbare Blindleistungseinspeisung in das vorgelagerte Netz.Optimale Betriebsmittelauslastung im vorgelagerten Netz aufgrund der Entkopplung der Blindleistungsflüsse zwischen modularem und vorgelagertem Netz
• Dezentrale Bereitstellung der Spannungsqualität (Spannungshöhe, Frequenz, Oberschwingungen), unabhängig von der Qualität des vorgelagerten Netzes, auch bei hohem Anteil dezentraler Akteure (Erzeuger, schaltbare Lasten, Speicher)
• Im Modularen Netz ist die Vorgabe der Netzfrequenz unabhängig vom vorgelagerten Netz und vom Energiegleichgewicht möglich. Eine Veränderung der Netzfrequenz kann daher zur netzdienlichen und hochzuverlässigen Steuerung von Flexibilitäten genutzt werden.
• Bei Erweiterung um einen Speicher im Zwischenkreis der Netzkupplung ist die Kompensation kurzfristiger Versorgungsausfälle bis hin zum Inselbetrieb möglich. Dadurch kann die Versorgungsqualität für Netzkunden gezielt verbessert werden.

Gegenstand des Forschungsvorhabens ist die Konzeption, Simulation, Entwicklung und praktische Untersuchung einer Netzkupplung zur Entkopplung von Teilnetzen. Ziel ist es, nur noch bidirektional Wirkleistung auszutauschen. Alle anderen Funktionalitäten beider Netze sollen unabhängig vonei-nander und rückwirkungsfrei steuerbar sein.