Untersuchung der harmonischen Stabilität in Niederspannungsnetzen mittels experimentell ermittelter Komponentenimpedanzen

Simon, Sandor; Monti, Antonello (Thesis advisor); Ulbig, Andreas (Thesis advisor)

1. Auflage. - Aachen : printproduction M. Wolff GmbH (2022)
Buch, Doktorarbeit

In: Aachener Beiträge zur Energieversorgung 220
Seite(n)/Artikel-Nr.: xvii, 193 Seiten : Illustrationen, Diagramme

Dissertation, RWTH Aachen University, 2022

Kurzfassung

In Niederspannungsnetzen wird ein neuartiges Stabilitätsphänomen beobachtet, das auf den zunehmenden Anteil von geregelten Komponenten mit leistungselektronischen Bauelementen zurückzuführen ist. Bereits aufgetretene Anlagenausfälle und eine sich daraus ableitende Gefahr für den stabilen Netzbetrieb verdeutlichen die Notwendigkeit geeigneter Untersuchungen und Gegenmaßnahmen. Ein potentielles Kriterium zur Untersuchung dieser sogenannten harmonischen Stabilität ist das impedanzbasierte Stabilitätskriterium (IBSK), für dessen Anwendung frequenzabhängige Impedanzen benötigt werden. Dafür sind im Kontext von Niederspannungsnetzen die experimentelle Vermessung von Komponenten im Labor und die Überführung von Messdaten in Ersatzmodelle vorteilhaft, jedoch sind sowohl Kenntnisse über Anforderungen und Rahmenbedingungen als auch geeignete Verfahren notwendig. Daher werden im Rahmen dieser Arbeit verschiedene Teilverfahren einer, auf experimentellen Vermessungen basierenden, Verfahrenskette auf die Anwendbarkeit in Niederspannungsnetzen untersucht, weiterentwickelt und erprobt. Dies sind die experimentelle Ermittlung von frequenzabhängigen Impedanzen heterogener Niederspannungskomponenten, die Überführung der resultierenden Impedanzen in datengetriebene, parametrische Ersatzmodelle als auch die systemische Untersuchung der harmonischen Stabilität von unterschiedlichen Niederspannungsnetzen und unter Variation von Netzeigenschaften und Durchdringungsgraden. Die mittels der implementierten und validierten Prüfkreise ermittelten Impedanzen von 24 handelsüblichen Komponenten zeigen eine signifikante Heterogenität und zu berücksichtigende Einflussfaktoren in Niederspannungsnetzen auf. Verschiedene Weiterentwicklungen reduzieren durch Nichtlinearitäten hervorgerufene Störeinflüsse und ermöglichen die Vermessung unter den identifizierten Rahmenbedingungen. Anschließend werden ein Modellierungsansatz und Parametrierungsverfahren vorgestellt sowie Messergebnisse in Ersatzmodelle überführt. Die Ergebnisse der systemischen Untersuchungen zeigen, dass mit einer als passiv angenommenen Netzanbindung die harmonische Stabilität gewährleistet ist. In einer Untersuchung eines Netzes mit leistungselektronischer Netzbildung wird jedoch eine Instabilität prognostiziert. Die Validierung im Labor bestätigt die Prognose und verdeutlicht die Anwendbarkeit des IBSK unter Verwendung von experimentell parametrierten Ersatzmodellen.

Einrichtungen

• E.ON Energy Research Center [080052]
• Lehrstuhl für Aktive Energieverteilnetze [614010]
• Lehrstuhl für Automation of Complex Power Systems [616310]