Einblick - Stromnetze Leistungselektronik - # Störungsunterdrückungsleistung von Wechselrichtern

Gewährleistung der Störungsunterdrückungsleistung durch Synthese von Grid-Following- und Grid-Forming-Wechselrichtern in Stromnetzen

Q: Wie könnte die Kombination von GFL- und GFM-Wechselrichtern in Stromnetzen mit hohem Anteil erneuerbarer Energien die Systemstabilität und -zuverlässigkeit weiter verbessern?

Die Kombination von Grid-Following (GFL) und Grid-Forming (GFM) Wechselrichtern in Stromnetzen mit einem hohen Anteil erneuerbarer Energien kann die Systemstabilität und -zuverlässigkeit auf verschiedene Weisen verbessern. Durch die Synthese dieser beiden Arten von Wechselrichtern können die Vorteile beider Ansätze genutzt werden. GFL-Wechselrichter sind in der Lage, die Spannung und Frequenz des Netzes zu folgen, während GFM-Wechselrichter die Fähigkeit haben, das Netz zu unterstützen und die Spannung und Frequenz aktiv zu regeln. Durch die Kombination dieser Funktionen können die Wechselrichter dazu beitragen, die Netzstabilität bei schwankender Einspeisung aus erneuerbaren Energiequellen zu verbessern. GFM-Wechselrichter können beispielsweise dazu beitragen, die Netzspannung und -frequenz aufrechtzuerhalten, insbesondere in schwachen Netzen, während GFL-Wechselrichter die Netzstabilität durch ihre Fähigkeit zur Spannungsregelung unterstützen können. Diese Kombination ermöglicht eine flexiblere und robustere Steuerung des Stromnetzes, insbesondere in Situationen mit hoher Variabilität der erneuerbaren Energieerzeugung.

Q: Welche zusätzlichen Herausforderungen und Kompromisse könnten sich bei der praktischen Umsetzung einer solchen Hybridlösung ergeben, z.B. in Bezug auf Kosten, Komplexität oder Interoperabilität?

Bei der praktischen Umsetzung einer Hybridlösung mit einer Kombination von GFL- und GFM-Wechselrichtern könnten verschiedene Herausforderungen und Kompromisse auftreten. Kosten: Die Implementierung von zwei verschiedenen Arten von Wechselrichtern in einem System könnte zu höheren Anschaffungs- und Installationskosten führen. Die Notwendigkeit, sowohl GFL- als auch GFM-Wechselrichter zu integrieren, könnte die Gesamtkosten des Systems erhöhen. Komplexität: Die Integration von verschiedenen Regelungskonzepten und Technologien in einem System könnte die Komplexität erhöhen. Dies könnte zu Schwierigkeiten bei der Inbetriebnahme, Wartung und Fehlerbehebung führen. Interoperabilität: Die Interoperabilität zwischen den verschiedenen Wechselrichtern und anderen Komponenten des Stromnetzes könnte eine Herausforderung darstellen. Die Notwendigkeit, sicherzustellen, dass die GFL- und GFM-Wechselrichter nahtlos zusammenarbeiten und mit anderen Systemen kommunizieren können, könnte zusätzliche Anstrengungen erfordern. Es ist wichtig, diese Herausforderungen zu berücksichtigen und geeignete Maßnahmen zu ergreifen, um eine erfolgreiche Implementierung der Hybridlösung zu gewährleisten.

Q: Inwiefern könnten ähnliche Ansätze zur Synthese verschiedener Regelungskonzepte auch in anderen Bereichen der Energietechnik, wie der Gebäudeautomation oder der Industriesteuerung, von Nutzen sein?

Ähnliche Ansätze zur Synthese verschiedener Regelungskonzepte könnten auch in anderen Bereichen der Energietechnik, wie der Gebäudeautomation oder der Industriesteuerung, von großem Nutzen sein. Flexibilität und Anpassungsfähigkeit: Durch die Kombination verschiedener Regelungskonzepte können Systeme flexibler und anpassungsfähiger gestaltet werden. In der Gebäudeautomation könnte dies beispielsweise bedeuten, dass verschiedene Regelungsstrategien je nach den aktuellen Anforderungen des Gebäudes angewendet werden können. Effizienzsteigerung: Die Synthese verschiedener Regelungskonzepte könnte dazu beitragen, die Effizienz von Energiesystemen zu steigern. Durch die Integration von intelligenten Regelungsalgorithmen können Energieverbrauch und -erzeugung optimiert werden. Stabilität und Zuverlässigkeit: Ähnlich wie in der Stromnetzregelung könnten verschiedene Regelungskonzepte in der Industriesteuerung dazu beitragen, die Stabilität und Zuverlässigkeit von Systemen zu verbessern. Durch die Kombination von Regelungsstrategien können Redundanzen geschaffen und Ausfallsicherheit gewährleistet werden. Insgesamt könnten ähnliche Ansätze zur Synthese verschiedener Regelungskonzepte in verschiedenen Bereichen der Energietechnik dazu beitragen, die Leistungsfähigkeit, Effizienz und Zuverlässigkeit von Systemen zu steigern.

Kernkonzepte

Die Synthese von Grid-Following- und Grid-Forming-Wechselrichtern kann die Störungsunterdrückungsleistung mehrerer Wechselrichter in Stromnetzen effektiver gewährleisten als homogene Systeme, die nur entweder Grid-Following- oder Grid-Forming-Wechselrichter verwenden.

Zusammenfassung

Der Artikel untersucht, wie die Kombination von Grid-Following- (GFL) und Grid-Forming-Wechselrichtern (GFM) die Störungsunterdrückungsleistung (DRP) mehrerer Wechselrichter in Stromnetzen im Vergleich zu homogenen Systemen mit nur GFL- oder nur GFM-Wechselrichtern verbessern kann.

Zunächst wird der Zusammenhang zwischen DRP und Kurzschlussverhältnis (SCR) für einzelne GFL- und GFM-basierte Systeme erläutert. Dann wird gezeigt, dass die DRP homogener Systeme mit GFL- oder GFM-Wechselrichtern durch die kleinsten bzw. größten Eigenwerte der geerdeten Netzwerkladrangematrizen quantifiziert werden kann.

Anschließend wird theoretisch bewiesen, dass das hybride GFL-GFM-System eine mindestens überlegene DRP im Vergleich zu den homogenen Systemen aufweist. Dies liegt daran, dass die Kombination von GFL- und GFM-Wechselrichtern sowohl den kleinsten Eigenwert erhöht als auch den größten Eigenwert der geerdeten Netzwerkladrangematrizen verringert. Dies entspricht einer Anpassung des richtigen SCR für GFL- und GFM-Wechselrichter, wodurch die DRP der Wechselrichter sowohl in schwachen als auch in starken Netzen gewährleistet wird.

Die Ergebnisse werden durch Sensitivitätsfunktionsanalysen und Echtzeitsimulationen bestätigt.

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Statistiken

Die kleinsten Eigenwerte der geerdeten Netzwerkladrangematrizen von Subsystem 1 und System Γ1 erfüllen: mod2{/n}≥{}.
Die größten Eigenwerte der geerdeten Netzwerkladrangematrizen von Subsystem 2 und System Γ2 erfüllen: {/n}≤{}.

Zitate

Die Synthese von GFL- und GFM-Wechselrichtern kann die Störungsunterdrückungsleistung mehrerer Wechselrichter in Stromnetzen effektiver gewährleisten als homogene Systeme, die nur entweder GFL- oder GFM-Wechselrichter verwenden.

Wichtige Erkenntnisse aus

Ensuring Disturbance Rejection Performance by Synthesizing Grid-Following and Grid-Forming Inverters in Power Systems

by Fuyilong Ma,... um arxiv.org 03-26-2024

https://arxiv.org/pdf/2403.16488.pdf

Ensuring Disturbance Rejection Performance by Synthesizing Grid-Following and Grid-Forming Inverters in Power Systems

Tiefere Fragen

Wie könnte die Kombination von GFL- und GFM-Wechselrichtern in Stromnetzen mit hohem Anteil erneuerbarer Energien die Systemstabilität und -zuverlässigkeit weiter verbessern?

Die Kombination von Grid-Following (GFL) und Grid-Forming (GFM) Wechselrichtern in Stromnetzen mit einem hohen Anteil erneuerbarer Energien kann die Systemstabilität und -zuverlässigkeit auf verschiedene Weisen verbessern. Durch die Synthese dieser beiden Arten von Wechselrichtern können die Vorteile beider Ansätze genutzt werden. GFL-Wechselrichter sind in der Lage, die Spannung und Frequenz des Netzes zu folgen, während GFM-Wechselrichter die Fähigkeit haben, das Netz zu unterstützen und die Spannung und Frequenz aktiv zu regeln.
Durch die Kombination dieser Funktionen können die Wechselrichter dazu beitragen, die Netzstabilität bei schwankender Einspeisung aus erneuerbaren Energiequellen zu verbessern. GFM-Wechselrichter können beispielsweise dazu beitragen, die Netzspannung und -frequenz aufrechtzuerhalten, insbesondere in schwachen Netzen, während GFL-Wechselrichter die Netzstabilität durch ihre Fähigkeit zur Spannungsregelung unterstützen können. Diese Kombination ermöglicht eine flexiblere und robustere Steuerung des Stromnetzes, insbesondere in Situationen mit hoher Variabilität der erneuerbaren Energieerzeugung.

Welche zusätzlichen Herausforderungen und Kompromisse könnten sich bei der praktischen Umsetzung einer solchen Hybridlösung ergeben, z.B. in Bezug auf Kosten, Komplexität oder Interoperabilität?

Bei der praktischen Umsetzung einer Hybridlösung mit einer Kombination von GFL- und GFM-Wechselrichtern könnten verschiedene Herausforderungen und Kompromisse auftreten.

Kosten: Die Implementierung von zwei verschiedenen Arten von Wechselrichtern in einem System könnte zu höheren Anschaffungs- und Installationskosten führen. Die Notwendigkeit, sowohl GFL- als auch GFM-Wechselrichter zu integrieren, könnte die Gesamtkosten des Systems erhöhen.

Komplexität: Die Integration von verschiedenen Regelungskonzepten und Technologien in einem System könnte die Komplexität erhöhen. Dies könnte zu Schwierigkeiten bei der Inbetriebnahme, Wartung und Fehlerbehebung führen.

Interoperabilität: Die Interoperabilität zwischen den verschiedenen Wechselrichtern und anderen Komponenten des Stromnetzes könnte eine Herausforderung darstellen. Die Notwendigkeit, sicherzustellen, dass die GFL- und GFM-Wechselrichter nahtlos zusammenarbeiten und mit anderen Systemen kommunizieren können, könnte zusätzliche Anstrengungen erfordern.

Es ist wichtig, diese Herausforderungen zu berücksichtigen und geeignete Maßnahmen zu ergreifen, um eine erfolgreiche Implementierung der Hybridlösung zu gewährleisten.

Inwiefern könnten ähnliche Ansätze zur Synthese verschiedener Regelungskonzepte auch in anderen Bereichen der Energietechnik, wie der Gebäudeautomation oder der Industriesteuerung, von Nutzen sein?

Ähnliche Ansätze zur Synthese verschiedener Regelungskonzepte könnten auch in anderen Bereichen der Energietechnik, wie der Gebäudeautomation oder der Industriesteuerung, von großem Nutzen sein.

Flexibilität und Anpassungsfähigkeit: Durch die Kombination verschiedener Regelungskonzepte können Systeme flexibler und anpassungsfähiger gestaltet werden. In der Gebäudeautomation könnte dies beispielsweise bedeuten, dass verschiedene Regelungsstrategien je nach den aktuellen Anforderungen des Gebäudes angewendet werden können.

Effizienzsteigerung: Die Synthese verschiedener Regelungskonzepte könnte dazu beitragen, die Effizienz von Energiesystemen zu steigern. Durch die Integration von intelligenten Regelungsalgorithmen können Energieverbrauch und -erzeugung optimiert werden.

Stabilität und Zuverlässigkeit: Ähnlich wie in der Stromnetzregelung könnten verschiedene Regelungskonzepte in der Industriesteuerung dazu beitragen, die Stabilität und Zuverlässigkeit von Systemen zu verbessern. Durch die Kombination von Regelungsstrategien können Redundanzen geschaffen und Ausfallsicherheit gewährleistet werden.

Insgesamt könnten ähnliche Ansätze zur Synthese verschiedener Regelungskonzepte in verschiedenen Bereichen der Energietechnik dazu beitragen, die Leistungsfähigkeit, Effizienz und Zuverlässigkeit von Systemen zu steigern.