Dynamische Interaktions- und Kleinsignal-Stabilitätsanalyse von hybriden AC/DC-Netzen mit hoher Durchdringung von erneuerbaren Energien

• Antragsteller: Dr.-Ing. Yonggang Zhang
• Fachliche Zuordnung: Elektrische Energiesysteme, Power Management, Leistungselektronik, elektrische Maschinen und Antriebe
• Förderung: Förderung seit 2023
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 517518989

Motiviert durch die potenziellen wechselrichtergetriebenen Stabilitätsrisiken durch die Übertragung großer Mengen erneuerbarer Energien in hybriden AC/DC-Netzen, zielt das Projekt darauf ab, potenzielle unerwünschte Wechselwirkungen zwischen wechselrichtergekoppelten erneuerbaren Energieerzeugungsanlagen (EZA), Synchronmaschinen (SM), Gleichstromübertragungssystemen (HGÜ) und passiven Netzkomponenten unter Berücksichtigung der bidirektionalen dynamischen AC-DC-Kopplung von HGÜ zu identifizieren. Auf dieser Grundlage sind die Quellen und Ausbreitungsbereiche der potentiell auftretenden Schwingungen zu ermitteln. Da die Gleichspannung in DC-Systemen die gleiche Rolle als Energiebilanzindikator wie die Frequenz in AC-Systemen spielt, kann die standardmäßige (Droop-) Regelung für DC-Spannung auf natürliche Weise eine dynamische AC-DC-Kopplung in (multi-Terminal) HGÜ einführen. Außerdem, weil netzbildende Regelungsverfahren der zukünftige Trend für HGÜ sind, wird erwartet, dass die dynamische AC-DC-Kopplung in HGÜ an Bedeutung gewinnen und mehr HGÜ-Konverter umfassen wird. Daher kann die traditionelle Kleinsignal-Stabilitätsbewertung für HGÜ, die entweder von der AC-Seite oder der DC-Seite durchgeführt wird, während die Dynamik der anderen Seite vereinfacht oder vernachlässigt wird, möglicherweise keine zuverlässigen Ergebnisse für die zukünftigen hybriden AC/DC-Netze liefern. Das vorgeschlagene Projekt geht daher noch einen Schritt weiter, indem es: 1) ein vollständigeres Systemmodell erstellt; 2) die Anwendbarkeit bestehender Stabilitätsanalysemethoden für die Stabilitätsbewertung zukünftiger hybrider AC/DC-Netze untersucht; 3) die erforderlichen Verbesserungen an der vielversprechendsten Analysemethode, d. h. der auf der Knoten-Admittanz-Matrix basierenden Methode, wie sie in unserer früheren Arbeit angewendet wurde, entwickelt; 4) die Stabilitätsauswirkungen verschiedener HGÜ- und EZA-Regelungsverfahren untersucht, die in netzfolgende, netzbildende usw. eingeteilt werden können; 5) bidirektionaler dynamischer AC-DC-Kopplungsindikatoren entwickelt und ihre Auswirkungen auf die Stabilität analysiert. Die Analyseergebnisse werden durch Zeitbereichsstimulationen und Labortests validiert. Beiträge des Projekts sind die verbesserte Modellierung auf Systemebene und die verbesserte Methode zur Stabilitätsanalyse, die als Grundlage für zukünftige Risikominderungsstudien von HGÜ-Integrations-/Erweiterungsprojekten (mit mehreren Anbietern) dienen können. Die Erkenntnisse über das Verhalten von HGÜ- und EZA-Regelungsverfahren, die Mechanismen der negativen Wechselwirkungen hinter den potenziell auftretenden Stabilitätsproblemen, und die Stabilitätsauswirkungen von AC-DC-Kopplung in HGÜ einschließlich der entscheidenden Faktoren können ebenfalls genutzt werden, um zukünftige Schwingungsinstabilitäten abzuschätzen und zu klassifizieren und entsprechende Empfehlungen an ÜNB und Hersteller für die Netzplanung und Produktentwicklung abzuleiten.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen
• Mitverantwortlich: Professor Dr.-Ing. Martin Braun