Netzstützendes Verhalten verteilter Erzeuger im Niederspannungsnetz

Zusammenfassung

In dieser Arbeit wird ein Konzept für die Regelung netzparalleler Stromrichter vorgestellt. Ausgangspunkt für die Betrachtungen ist der Betrieb einer Solaranlage, die dreiphasig ans Netz angeschlossen wird und die zwischenkreisseitig mit einer Batteriepufferung ausgestattet ist. Diese Annahme beschränkt einige Aspekte dieser Arbeit jedoch nicht, so dass die vorgestellten Konzepte problemlos auch für andere Anlagentypen erweitert werden können. Nennenswert sind vor allem leistungselektronische Lasten, deren Anforderungen hinsichtlich eines netzdienlichen Verhaltens durch aktuelle Normen steigen. Der innovative Kern liegt in einer Erweiterung der Leistungsregelung, welche speziell die Besonderheiten eines Niederspannungsnetzes berücksichtigen kann. Die konventionelle Leistungsregelung, welche auf der Anwendung von Statiken beruht, wird hierzu durch ein Konzept ersetzt, welches sich an die am Netzanschlusspunkt vorherrschende Netzsituation adaptiert. Bei exakter Schätzung der Netzparameter ist somit eine vollständige Entkopplung der Regelgrößen möglich, was zu einem optimierten Einschwingverhalten führt. Das Regelmodell besitzt damit eine weiterreichendere Relevanz als die klassischen Statikregelungen. Das Modell der erweiterten Leistungsregelung nutzt als Eingangsparameter unter anderem die aktuell an den Umrichterklemmen sichtbare Netzimpedanz. Obwohl die Regelung robust gegenüber Abweichungen der Impedanzparameter ist, bietet eine exakte, rückwirkungsfreie Bestimmung wünschenswerte Eigenschaften. Zur Bestimmung der Netzimpedanz wird ein quasi-passives Verfahren in die Regelung eingebunden, welches eine Messung der Impedanz über die Variation von Wirk- und Blindleistung ermöglicht. Dieses Verfahren wird hinsichtlich der typischen, im Niederspannungsnetz anzutreffenden Charakteristiken optimiert. Im Vordergrund stehen hier der Ohm’sch-induktive Charakter eines Niederspannungsnetzes, die nach den Normen zulässigen Harmonischen und die Filterung der Grundwelle über eine optimierte Phasenregelschleife. Da die Bestimmung der Netzimpedanz über das genannte Verfahren eine vergleichsweise geringe Dynamik besitzt (im Bereich einiger Netzperioden), wird unterstützend eine Impedanzschätzung über einen Partikel-Filter vorgestellt, über den ein dynamischerer Betrieb möglich ist.