Verbundvorhaben: Inselnetz_optimal - Integration eines möglichst hohen regenerativen Energieanteils in Inselnetzen

Abstract

Power/Energy Management Systeme (EMS) sind von zentraler Bedeutung für zukünftige Inselnetze, die sich durch einen hohen Anteil an volatiler Erzeugung, Energiespeichersysteme und der Steuerung der Nachfrage auszeichnen. Energiespeicher mit netzbildenden Umrichtern sind notwendig, um solche Inselnetze stabil zu betreiben. Im Projekt wurde zum einen durch Analysen, Simulationen und Labortests gezeigt, dass eine isochrone Regelung von mehreren netzbildenden Umrichtern möglich ist. Durch die isochrone Regelung lassen sich Stabilitätsprobleme im Zusammenhang mit Statikregelungen vermeiden. Außerdem wurden die Methoden zur Analyse der Stabilitätsprobleme im Zusammenhang mit netzbildenden Umrichtern weiterentwickelt. Zum anderen konnten anhand des realen Inselnetzes auf Suðuroy, Färöer-Inseln, die wirtschaftlichen Vorteile eines Ansatzes für ein EMS basierend auf modellprädiktiver Regelung gegenüber einem manuellen Netzbetrieb eingehend gezeigt werden. In quasistationären Simulationen wurde bestätigt, dass der stabile und sichere Netzbetrieb weder im Normalbetrieb noch bei Störungen, wie beispielsweise dem Ausfall einer Erzeugungseinheit, gefährdet ist. Zudem wurde eine langfristige und damit wirtschaftliche Auswertung der isochronen Regelung im Vergleich zur Statikregelung für den Betrieb mittels des parallel entwickelten EMS durchgeführt. Durch das Projekt ergaben sich neue Erkenntnisse zur Verbesserung der Betriebsführung von Inselnetzen sowie zur Stabilität und der Reglerdynamik für die isochrone und die statikbasierte Regelung netzbildender Umrichter. Da die Ergebnisse des Projektes anhand eines realen Systems ermittelt wurden, ist anzunehmen, dass diese auf weitere Anwendungen übertragen werden können. Neben elektrischen Inselnetzen sind hier Microgrids zu benennen. Datei-Upload durch TIB Power/Energy Management Systems (EMS) are of central importance for future island grids, which are characterized by a high share of volatile generation, energy storage systems and demand management. Energy storage systems with grid-forming converters are necessary to operate such island grids in a stable manner. The project shows by analyses, simulations and laboratory tests that isochronous control of several grid-forming converters is possible. Isochronous control avoids stability problems associated with droop control. In addition, the methods for analyzing stability problems related to grid-forming inverters were further developed. On the other hand, the economic advantages of an EMS approach based on model predictive control compared to manual grid operation were demonstrated in detail using the real island power system on Suðuroy, Faroe Islands. In quasi-stationary simulations, it was shown that stable and secure grid operation is not jeopardized either during normal operation or in the event of faults, such as the failure of a generation unit. In addition, a long-term and therefore economic evaluation of isochronous control compared to droop control was performed for operation with the EMS developed in parallel. The project provided new insights into improving the operational management of island grids as well as the stability and controller dynamics for the isochronous and droop-based control of grid-forming converters. As the results of the project were determined using a real system, it can be assumed that they are transferable to other applications. In addition to electrical island grids, microgrids should also be mentioned.