Das Stromversorgungssystem kann künftig auch ohne die stabilisierende Wirkung von Synchrongeneratoren konventioneller Kraftwerke betrieben werden. Das ist ein Ergebnis des Verbundprojektes „Netzregelung 2.0“. Das Forschungsprojekt konnte zeigen, dass Anlagen mit netzbildenden Stromrichtern die so genannte Momentanreserve bereitstellen und damit auch in Extremsituationen das System stabilisieren können.
Stabilisierende Großkraftwerke gehen vom Netz
Bislang sorgen vor allem die Synchrongeneratoren von Großkraftwerken dafür, dass die Anforderungen an Frequenz und Spannung im Stromnetz eingehalten werden. Mit der Energiewende werden diese Kraftwerke jedoch mehr und mehr durch Windenergie- und Photovoltaikanlagen ersetzt, die mit Stromrichtern an das elektrische Netz gekoppelt sind. Stromrichter sind elektrische Geräte, mit denen eine Stromart in eine andere umgewandelt werden kann, als beispielsweise Gleichstrom in Wechselstrom.
„Wir sind überzeugt, dass sich das Verbundnetz – und im Störfall genauso Teilnetze – auch mit sehr hohen Stromrichter-Anteilen stabil halten lässt“, erklärt Projektleiter Dr. Philipp Strauß, stellvertretender Institutsleiter des Fraunhofer IEE in Kassel. Dafür bedürfe es jedoch geeigneter Regelungsverfahren. „Wir haben Anforderungen an diese Verfahren ermittelt und Regelungsverfahren entwickelt, die sicherstellen sollen, dass die Stromrichter einem sicheren und stabilen Systembetrieb dienen können.“
Wichtig ist der reibungslose Übergang
Besonderes Augenmerk liege dabei auf der Erarbeitung eines geeigneten Transformationspfades. „Neue Technologien müssen nahtlos in bestehende Netzregelungsverfahren eingebunden werden. Es gilt, den Übergang so zu gestalten, dass das entstehende System mindestens genauso stabil ist wie das derzeitige“, sagt Strauß.
Neben dem Fraunhofer IEE beteiligen sich an dem Vorhaben Universitäten, Netzbetreiber, Hersteller von Stromrichtern, Verbände sowie das Forum Netztechnik und Netzbetrieb im VDE als die Netzanschlussregeln definierende Institution. Im Projekt waren somit Vertreter aller wesentlichen Akteursgruppen vertreten, die dieses Thema betrifft.
Regelungsverfahren unter Extrembedingungen erfolgreich simuliert
Die neuen Regelungsverfahren und ihr stabilisierender Einfluss wurde unter Extremszenarien, wie etwa einem System-Split – das heißt einer Netzauftrennung quer durch Europa – simulativ bewertet. Starke Spannungseinbrüche wurden nicht nur berechnet, sondern auch im akkreditierten Labor nach bestehenden Standards durchgeführt. Eine besondere Herausforderung für die netzbildenden Stromrichter sind hierbei geeignete und extrem schnelle Strombegrenzungsverfahren. Die Forscherteams konnten nachweisen, dass sogar unter solch harten Bedingungen ein Beitrag zur Netzbildung geleistet werden kann.
Netzbildende Eigenschaften werden mittlerweile schon von Anlagen mit sehr großen Stromrichtern gefordert, welche beipielsweise zur Blindleistungskompensation im Übertragungsnetz oder in Kopfstationen der Hochspannungs-Gleichstromübertragung (HGÜ) eingesetzt werden. Zudem soll das Projekt einen Beitrag leisten, wie diese Anforderungen künftig in den technischen Anwendungsregeln für Erzeugungsanlagen abgebildet werden können. Bei all dem berücksichtigen die Projektpartner auch die internationale Perspektive – schließlich ist das deutsche Stromnetz in das kontinentaleuropäische Verbundnetz eingebettet.
Räumliche Verteilung der Stromrichter notwendig
„Eine räumliche Verteilung der netzbildenden Anlagen ist notwendig und Momentanreserve kann im Übertragungs- und im Verteilungsnetz bereitgestellt werden“, erklärt Phillip Strauß die Erkenntnisse. Zudem wurden neue Verfahren zur Inselnetzerkennung entwickelt. „Batteriesysteme, Windenergieanlagen, Photovoltaik-Anlagen, rotierende Phasenschieber, Statcoms und elektrische Lasten und andere können mit den neuen Regelungsverfahren netzbildend wirken. Ein reines Stromrichternetz durch netzbildende Regelung ist möglich und der nahtlose Übergang mit unterschiedlichen Anteilen an Synchronmaschinen ist realisierbar.”
Ein zentrales Thema sei dabei das Zusammenspiel von Stromrichtern und Synchrongeneratoren. So analysierten die Projektpartner, in welcher Kombination und auf welcher Spannungsebene Synchrongeneratoren sowie stromeinprägend geregelte oder spannungseinprägend geregelte Stromrichter nötig und zulässig sind, um die Systemstabilität zu wahren. Zudem bewerteten die Experten die Spannungsqualität in den verschiedenen Arbeitspunkten des zukünftigen Systems vor dem Hintergrund, dass der Anteil der Synchrongeneratoren mit dem weiteren Ausbau der erneuerbaren Energien immer stärker variieren wird. (kw)
Tipp für Abonennten: Mehr zum Thema netzbildende Stromrichter lesen Sie in der kommenden Ausgabe unseres Magazins Erneuerbare Energien.
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