Simulationsbasierte Parameterstudie eines Virtual Inertia Controllers für einen Batteriespeicher im elektrischen Verbundnetz bei niedriger Systemträgheit

Abstract

Der Zubau an Erneuerbaren Energien (EE) ist als wichtiger Baustein notwendig, um die festgelegten Klimaziele der Europäischen Union zu erreichen. Jedoch verursacht die Zunahme umrichterbasierter Einspeisung elektrischer Energie, bei gleichzeitiger Abnahme der netzfrequenzgekoppelten Erzeugungseinheiten, veränderte physikalische Eigenschaften des elektrischen Netzes und eine potenzielle Gefährdung der Frequenzstabilität. Die aktuelle Erzeugerstruktur basiert auf Synchrongeneratoren, die mit ihren rotierenden Massen eine frequenzstützende Wirkung haben. Im Zuge der Transformation des Energiesystem wird die Systemträgheit, welche die Synchrongeneratoren bereitstellen, langfristig abnehmen. Im Rahmen der vorliegenden Arbeit wird die Bereitstellung Virtueller Trägheit (VT) durch einen, über einen Umrichter ans elektrische Verteilnetz angeschlossenen Batteriespeicher, untersucht. Im Falle eines plötzlichen Wirkleistungsungleichgewicht und der damit einhergehenden Abweichung der Netzfrequenz von ihrem Nennwert, erbringt dieser eine Leistungeinspeisung bzw. -aufnahme in Abhängigkeit der momentanen Frequenzabweichung und deren Änderungsrate. Hierfür muss die aktuelle Netzfrequenz zunächst geschätzt werden, weshalb die Einspeisung der virtuellen Momentanreserve nicht, wie die konventionelle, instantan erfolgt. Aufgrund der eingebrachten Zeitverzögerung hat der modellierte Virtual Inertia Controller (VT-Regler) auf Basis der Schwingungsgleichung eine potenziell destabilisierende Wirkung auf den Frequenzverlauf. In einer Parameterstudie auf Grundlage von Monte-Carlo-Simulationen und deren Auswertung mithilfe von Level Diagrammen wurden Erkenntnisse über das Verhalten des VT-Reglers bei niedriger Systemträgheit im Verbundnetz gewonnen. Hierbei konnte nachgewiesen werden, dass eine Erhöhung der Frequenzstabilität durch den Einsatz des VT-Reglers mit der ermittelten robusten Reglerparametrierung auch bei hohen Zeitverzögerungen zu erwarten ist.