Entwicklung neuartiger Modelle und Regelungskonzepte für Multilevel-VSC Multiterminal HGÜ-Systeme zur Erhöhung der Stabilität angebundener AC- und DC-Netze

• Antragsteller: Professor Dr.-Ing. Matthias Luther
• Fachliche Zuordnung: Elektrische Energiesysteme, Power Management, Leistungselektronik, elektrische Maschinen und Antriebe
• Förderung: Förderung von 2017 bis 2021
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 360290054

Das vorgeschlagene Arbeitsprogram umfasst die Entwicklung von Modellen neuartiger Multilevel-VSC für Multiterminal HGÜ-Systeme und ihrer innovativen Regelungen, mit dem Ziel der Erhöhung der Systemstabilität, sowohl der angebundenen AC- als auch der DC-Netze.Vor dem Hintergrund der Energiewende schreitet die Entwicklung des deutschen Energieversorgungsnetzes hin zu einer hybriden und multimodalen Form mit hoher Geschwindigkeit voran. Die zunehmende Einspeisung aus regenerativer Erzeugung, der Atomausstieg verbunden mit dem Verlust von Trägheit im System, neuartige hybride und multimodale Strukturen und der bidirektionale Energiefluss über alle Netzebenen erfordert eine Neugestaltung der Regelungsstrategie des gesamten Energiesystems. Die informationstechnische Durchdringung des gesamten Netzes bietet hierbei die Möglichkeiten die Regelung hinsichtlich einer optimalen Betriebsweise anzupassen.Der Multilevel VSC kann aufgrund seiner regelungstechnischen Freiheitsgrade einen wertvollen Beitrag zur Systemstabilität leisten. Daher soll der Regelungsansatz der gewichteten Droop-Konstanten, welcher gleichzeitig das AC-Netz über einen Frequency-Droop und das DC-Netz über einen Voltage-Droop stützt, dahingehend untersucht werden, dass eine optimale Methode zur Auswahl der Droop-Konstanten vorgeschlagen wird. Hierbei sollen Optimierungsansätze herangezogen werden, die bei der Anwendung auf großräumige Netze gute Resultate versprechen (Particle Swarm Optimization, Bacterial Foraging Algorithmus). Eine Implementierung der Modelle in die Test- und Integrationsumgebung des Schwerpunktprogramms wird zum Vergleich und zur Validierung der Ergebnisse mit den anderen Teilnehmern des Programms angestrebt.Da die Topologie des Multilevel VSC eine Entkopplung der AC- und DC-Seite erlaubt, spielt die in den Modulen des Umrichters gespeicherte Energie eine überaus wichtige Rolle. Ein Leistungsungleichgewicht zwischen der AC- und DC-Seite hat keinen direkten Einfluss auf die DC-Spannung, äußert sich aber in einem Anstieg respektive Abfall der im Konverter gespeicherten Energie. Daher wird eine Weiterentwicklung der Voltage-Droop-Method zur Energy-Droop-Method vorgeschlagen. Um einen entsprechenden Beitrag der Methode zur Gewährleistung der Systemstabilität sicherzustellen, sollen die bereits genannten Optimierungsverfahren auch auf die Energy-Droop-Method angewandt werden.Sobald die unterschiedlichen Droop-Methoden untersucht sind, sollen im zweiten Förderzeitraum nichtlinearer Regelungsansätze entwickelt werden. Die Droop-Verfahren nutzen einen linearen Zusammenhang zwischen Frequenz-, Spannungs- respektive Energieabweichung und Wirkleistungseinspeisung. Da die Transformation unseres Energiesystems jedoch kontinuierlich voranschreitet, werden lineare Regelungsansätze der neuartigen Gestalt unseres Netzes nicht mehr ausreichend Rechnung tragen. Nichtlineare Regelungsansätze können daher bessere Ergebnisse bezüglich der Gewährleistung der Netzstabilität erzielen.

• DFG-Verfahren: Schwerpunktprogramme
• Teilprojekt zu: SPP 1984: Hybride und multimodale Energiesysteme: Systemtheoretische Methoden für die Transformation und den Betrieb komplexer Netze
• Mitverantwortliche: Dr.-Ing. Dieter Braisch; Dr.-Ing. Gert Mehlmann