Entwicklung eines Messgeräts zur Bestimmung der frequenzabhängigen Netzimpedanz auf der Hochspannungsebene bis 110 kV zur Bewertung der Verfügbarkeit von Netzkapazitäten als Systemgröße zur Dimensionierung von Energiespeichern

BMWi-Projekt (FKZ 0325562)

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Das von der Bundesregierung vorgelegte Energiekonzept und die im Rahmen der Energiewende geplanten Ziele lassen sich nur durch einen starken Ausbau von erneuerbaren Energien (EE) erreichen. Dieser Ausbau bedingt einen zeitgleich stattfindenden Netzausbau, um die Anlagenleistungen großer Windparks im norddeutschen Raum in das bestehende Energieversorgungsnetz zu integrieren. Die strukturelle und zeitliche Planung dieses Netzausbaus ist für das Gelingen der Energiewende entscheidend. Es gilt Netzengpässe rechtzeitig zu detektieren und mögliche Abschaltungen von Windparks aufgrund eines Überangebots elektrischer Leistung zu vermeiden.

Die Versorgungssicherheit darf durch den Ausbau EE nicht gefährdet werden. Um die fluktuierende Leistungseinspeisung von EE zu kompensieren, können Energiespeicher verwendet werden. Sie können die Lücke zwischen prognostizierter und eingespeister elektrischer Leistung schließen und überschüssige Energie aufnehmen und später bei Bedarf wieder freigeben. Für die Dimensionierung dieser Energiespeicher ist nicht nur die elektrische Leistung, die Speicherkapazität sowie die Technologie des Speichers ausschlaggebend, sondern auch der Standort.

Die Netzimpedanz kann für die Bewertung von Netzanschlussknoten und der entstehenden Netzrückwirkungen von Erzeugern/Verbrauchern sowie der Einhaltung der damit verbundenen Normen herangezogen werden. Sie steht direkt in Relation zu der Anschlusskapazität eines Netzanschlussknotens und kann somit als objektiv gemessene Größe Auskunft über die mögliche Einspeiseleistung geben. Neben der Ermittlung der Netzkapazitäten kann die Netzimpedanz auch zur verbesserten Auslegung von EE mit leistungselektronischer Netzkopplung wie z.B. Windenergie- und Photovoltaikanlagen beitragen. Dabei spielt der Frequenzverlauf der Netzimpedanz bei der Evaluierung und Vermeidung von Netzrückwirkungen eine entscheidende Rolle. Hierdurch wird eine verbesserte Integration der EE auf der Hochspannungsebene ermöglicht.

Ziel dieses Forschungsprojekts ist die Realisierung der Netzimpedanzmessung auf der Hochspannungsebene bis 110 kV. Es wird eine transportfähige Anlage zur Messung der frequenzabhängigen Netzimpedanz von unterschiedlichen Netzverknüpfungspunkten (NVP) im 110-kV-Verteilungsnetz aufgebaut. Hierbei kann auf die Erfahrungen aus dem bereits laufenden Forschungsprojekt „Entwicklung eines Messgerätes zur Bestimmung der zeit- und frequenzabhängigen Netzimpedanz auf der Mittelspannungsebene“ (FKZ 0325049) zurückgegriffen werden. Wesentliche Komponenten der Anlage sind eine leistungselektronische Schaltung und Hochleistungswiderstände zur Netzanregung, welche aus Isolationsgründen in einem mit Ester gefüllten Tank untergebracht sind. Des Weiteren befinden sich noch ein Leistungsschalter sowie hochpräzise Strom- und Spannungswandler in der Anlage.

Die Messung der frequenzabhängigen Netzimpedanz erfolgt durch eine Anregung mit kurzen gepulsten Stromsequenzen. Hierfür werden die Hochleistungswiderstände von einem Schalter, bestehend aus Hunderten von seriellen IGBTs, mit hochfrequenten Pulsmustern aufs Netz geschaltet und die resultierenden Strom- und Spannungsverläufe spektral analysiert.

Messcontainer

Ansprechpartner:

Prof. Dr.-Ing. habil. Detlef Schulz (Projektleiter)
Dr.-Ing. Michael Jordan
Dr.-Ing. Hauke Wilken geb. Langkowski
Fakultät für Elektrotechnik
Elektrische Energiesysteme

 

HSU

Letzte Änderung: 29. April 2019