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Projekt
Neue Verfahren zur Bewertung der harmonischen Stabilität in öffentlichen Niederspannungsnetzen mit sehr hohem Anteil an verteilten Geräten mit Leistungselektronik
Antragstellerinnen / Antragsteller
Dr.-Ing. Jan Meyer; Professorin Dr.-Ing. Johanna M.A. Myrzik
Fachliche Zuordnung
Elektrische Energiesysteme, Power Management, Leistungselektronik, elektrische Maschinen und Antriebe
Förderung
Förderung von 2017 bis 2024
Projektkennung
Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 360497354
Das übergeordnete Ziel der Studie ist die Analyse von harmonischen Instabilitäten im öffentlichen Niederspannungsnetz, welche durch eine hohe Durchdringung von leistungselektronischen Komponenten verursacht werden. Diese interagieren mit den Oberschwingungen der Netzspannung und des -stroms sowie der harmonischen Impedanz des Netzes. Durch die reduzierte Dämpfung, die durch nichtlineare Geräte hervorgerufen wird, können vermehrt harmonische Instabilitäten auftreten oder harmonische Resonanzen erzeugt oder beeinflusst werden. Im Gegensatz zu klassischen stationären Oberschwingungsbetrachtungen steht das harmonische Verhalten bezüglich Immunität und Emission der Umrichtersysteme insbesondere ihrer Regelungssysteme im Fokus der Untersuchung. Um dieses spezifische Verhalten zu untersuchen, sind detaillierte White-Box-Modelle erforderlich. Aufgrund fehlender Informationen der Hersteller, insbesondere im Hinblick auf die Struktur der Regelung sowie die hohe Komplexität bei der Modellentwicklung, existieren bisher keine detaillierten harmonischen Modelle für Umrichtersysteme, die auch das dynamische Verhalten abbilden. Diese Modelle werden im Rahmen dieses Projektes entwickelt.Die Simulation einer hohen Anzahl von parallel implementierten komplexen White-Box-Modellen wird schnell durch die verfügbare Rechenleistung begrenzt und erfordert unverhältnismäßig hohe Simulationszeiten. Um vereinfachte harmonische Modelle entwickeln zu können, die eine parallele Ausführung einer großen Anzahl von Geräten ermöglichen, werden die detaillierten White-Box-Modelle in generische Black-Box-Modelle überführt. Diese Modelle dienen zur Untersuchung der harmonischen Instabilitäten, des reduzierten Dämpfungseffekts und der Resonanzphänomene bei einer Massenimplementierung von leistungselektronischen Komponenten im Niederspannungsnetz.Zur Bewertung der entwickelten harmonischen Modelle werden Methoden zur Validierung und Parametrisierung dieser Modelle benötigt. Sämtliche Modelle werden anhand von Labormessungen validiert. Hierzu werden geeignete Testsignale erstellt und angewendet. Eine vereinfachte Netzsimulation wird mit mehreren parallel implementierten Modellen durchgeführt, um die Funktionalität und die Eignung der harmonischen Black-Box-Modelle für die harmonische Lastflussberechnung zu überprüfen. Die Simulationsergebnisse der Netzsimulation werden im Anschluss im Labor validiert. Die erzielten Ergebnisse können zusätzlich für die Entwicklung von netz- und gerätespezifischen Indizes verwendet werden. Diese Indizes können genutzt werden, um zukünftig harmonische Instabilitäten abschätzen und klassifizieren zu können sowie entsprechende Empfehlungen an VNBs und Hersteller, für Netzplanung und Geräteentwicklung, ableiten zu können. Die evaluierten Modelle sowie verschiedene Parametersätze für am Markt verfügbare Umrichtersysteme werden in einer Modellbibliothek gesammelt.
DFG-Verfahren
Schwerpunktprogramme
