Robuster Reglerentwurf für Konverter-verbundene Ressourcen in Hybriden Stromnetzen unter Berücksichtigung der harmonischen Stabilität

• Antragsteller: Professor Dr.-Ing. Marco Liserre, Ph.D.
• Fachliche Zuordnung: Elektrische Energiesysteme, Power Management, Leistungselektronik, elektrische Maschinen und Antriebe
• Förderung: Förderung seit 2017
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 359982322

Das Projekt «Formale Stabilitätsanalyse hybrider Verteilnetze basierend auf der korrekten Modellierung der Effekte der Synchronisation der leistungselektronischen Schnittstellen», das von der Universität Kiel und der EPFL im Rahmen des DFG SPP 1984 Phase 1 durchgeführt worden ist, hat sich mit der akkuraten Modellierung sowohl statischer als auch dynamischer Phänomene bei der Synchronisation von Konverter-verbundenen verteilten Ressourcen befasst, mit besonderer Berücksichtigung der Erzeugung und Fortpflanzung von Harmonischen. Das Hauptergebnis der statischen Analyse ist eine Methode für harmonische Lastflussberechnungen für mehrphasige Stromnetze mit Konverter-verbundenen Ressourcen, die auf generischen Modellen der Stromnetzkomponenten fusst. Im Gegensatz zu den gebräuchlichen Ansätzen berücksichtigt die vorgeschlagene Methode explizit Koordinatentransformationen zwischen den verschiedenen Komponenten (d.h., Netz, Leistungshardware, und Regelungssoftware). Dadurch ist das Systemmodell vollständig modular, das heißt dass die Komponenten in einem beliebigen geeigneten Referenzrahmen abgebildet werden können – sowohl für netzbildende wie auch netzfolgende Konverter. Die Hauptresultate der dynamischen Analyse sind akkurate Modelle von Phasenregelschleifen sowie Untersuchungen von Selbst- und leistungsbasierter Synchronisation. Themen wie DC-Stabilität, der Einfluss von Kommunikation auf die globale Regelung, der Entwurf zentralisierter Regler sowie deren Validierung sind bereits zum Teil abgeschlossen und bilden die Kernthemen der weiterführenden Forschung in Phase 2 des Programms.In Phase 2 soll besonders die Interaktion von AC- und DC-Reglern untersucht werden, wozu die Modellierungsmethode aus Phase 1 um DC-Systeme erweitert werden muss, sowie weitere Synchronisationsmethoden berücksichtig werden. Ein skalierbares Zustandsraumodell, welches die Wechselwirkungen zwischen der Synchronisation und den äusseren Regelschleifen abbildet, soll entwickelt werden, um harmonische Stabilitätsprobleme auch für Systeme mit vielen Konvertern einfach untersuchen zu können. Dieses Modell bildet die Grundlage für den Entwurf eines globalen Reglers, welcher durch Anpassung einiger Schlüsselparameter die Stabilität des Gesamtsystems sicherstellen kann.Mit Hilfe dieser Methoden sollen die folgenden Forschungsfragen untersucht werden:Wie können die AC- und DC-Regler und die Synchronisation optimal gestaltet werden um robuste Stabilität gegen Harmonische zu erzielen?Wie können Verzögerungszeiten aufgrund der Kommunikation charakterisiert werden (z.B. Minimal-/Mittel-/Maximalwert, Jitter, etc.) und was ist deren Einfluss auf die harmonische Stabilität hybrider Stromnetze?Welches Regelschema ist am widerstandsfähigsten gegen harmonische Instabilität angesichts von Synchronisation und Kommunikation: zentrale, dezentrale, oder verteilte Regelung?Welche Schlüsselparameter müssen abgestimmt werden, damit das Gesamtsystem robust funktioniert?

• DFG-Verfahren: Schwerpunktprogramme
• Teilprojekt zu: SPP 1984: Hybride und multimodale Energiesysteme: Systemtheoretische Methoden für die Transformation und den Betrieb komplexer Netze
• Internationaler Bezug: Schweiz
• Großgeräte: Communication Network Emulator
• Gerätegruppe: 2720 Impedanz- und Dämpfungsmeßgeräte, Frequenzgangmeßgeräte, Netzwerkanalysatoren
• Partnerorganisation: Schweizerischer Nationalfonds (SNF)
• Kooperationspartner: Professor Dr.-Ing. Mario Paolone, Ph.D.