Selbstsynchronisierung in elektrischen Netzen mit periodischen Dynamiken

• Antragsteller: Professor Dr.-Ing. Johannes Schiffer
• Fachliche Zuordnung: Elektrische Energiesysteme, Power Management, Leistungselektronik, elektrische Maschinen und Antriebe ; Automatisierungstechnik, Mechatronik, Regelungssysteme, Intelligente Technische Systeme, Robotik
• Förderung: Förderung seit 2020
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 446182476

Die Nutzung erneuerbarer Energien hat aufgrund von umweltpolitischen Zielen und technologischen Errungenschaften in den letzten Jahren stetig zugenommen. So strebt die französische Regierung bis 2028 113 GW installierter Leistung erneuerbarer Energien an - mehr als doppelt so viel wie in 2017. Die deutsche Bundesregierung hat in ihrem Koalitionsvertrag, das Ziel ausgegeben, dass bis 2030 mindestens 65% der elektrischen Energie durch erneuerbare Energiequellen erbracht werden sollen. So erstrebenswert dieser Übergang zu einer kohlenstoffarmen Zukunft ist, so hat er auch enorme Konsequenzen für den Betrieb zukünftiger Energiesysteme. Insbesondere in Wechselstromsystemen führt das Ersetzen konventioneller Synchronmaschinen durch stromrichtergekoppelte Anlagen zu einer signifikanten Reduktion der verfügbaren Schwungmasse, was zu viel schnelleren Frequenzdynamiken im System führen kann. Um einen wirtschaftlichen, effizienten und nachhaltigen Betrieb solcher Systeme sicherzustellen, werden neuartige, methodische, robuste und flexible regelungstechnische Lösungen benötigt. Deshalb sollen im Projekt SyNPiD Methoden zur globalen Analyse und Reglersynthese für nichtlineare Systeme, deren Dynamiken periodisch bezüglich eines Teils des Zustands sind, entwickelt werden. Diese Periodizität ist eine intrinsische Eigenschaft von Wechselstromsystemen, welche auch zur Existenz verschiedener Ruhelagen führt. Aufbauend auf umfangreichen gemeinsamen Vorarbeiten beider Partner weist die vorgeschlagene Forschungsmethode die einzigartige Eigenschaft auf, dass die inhärente Periodizität der Energiesystemdynamik explizit ausgenutzt wird, um die Anforderungen üblicher Stabilitätsanalyse- und Reglerentwurfsmethoden - wie die Positivdefinitheit von Lyapunov-Funktionen - die die Aufstellung globaler Eigenschaften in Energiesystemen für gewöhnlich verhindern, abzuschwächen. Ein besonderes Augenmerk wird auf die Stabilitätsanalyse und den Reglerentwurf für selbstsynchronisierende Mechanismen gelegt werden. In einem Verbundsystem bedeutet Selbstsynchronisation, dass eine Synchronisierung stattfindet, ohne dass zusätzliche externe Signale oder Eingriffe notwendig sind. Die erzielten Ergebnisse werden eine Brücke zwischen innovativen regelungstheoretischen Konzepten und der wichtigen Anwendungsdomäne nachhaltiger zukünftiger Energiesysteme bilden, welche im Mittelpunkt zahlreicher europäischer und nationaler wissenschaftlicher Initiativen steht. Das Konsortium setzt sich aus dem Fachgebiet für Regelungssysteme und Netzleittechnik der Brandenburgischen Technischen Universität Cottbus-Senftenberg (D) und dem Valse Team, Inria (F) zusammen. Die Komplementarität der Partner zeichnet sich zudem durch eine langjährige erfolgreiche Zusammenarbeit auf projektrelevanten Gebieten aus. Die Projektergebnisse weisen ein großes Transferpotential auf, dessen Ausschöpfung, gemeinsam mit der hohen wissenschaftlichen Qualität der Ergebnisse, die Hauptziele von SyNPiD sind.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen
• Internationaler Bezug: Frankreich
• Partnerorganisation: Agence Nationale de la Recherche / The French National Research Agency
• Kooperationspartner: Dr. Denis Efimov