Synchronkondensatoren und Batteriespeicher bilden eine leistungsstarke Kombination zur Netzstützung

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Der Rückgang der Systemträgheit stellt die Stromnetze der Welt vor große Herausforderungen. Es resultiert aus der Stilllegung traditioneller zentraler Großkraftwerke, die größtenteils auf rotierenden Synchrongeneratoren basieren. Dieser Rückgang wird durch den erhöhten Strombedarf und die Verbreitung der wechselrichterbasierten Stromerzeugung aus erneuerbaren Ressourcen wie Wind und Sonne beschleunigt.

Es ist bekannt, dass eine verringerte Systemträgheit zu einer geringeren Netzstabilität und einer geringeren Netzbelastbarkeit führt. Es wird jedoch oft nicht erkannt, dass der Wegfall von Synchrongeneratoren auch zu einer Verringerung des verfügbaren Fehlerstroms führt, was sich folglich auf bestehende Relaisschutzsysteme auswirkt.

Die zunehmende Verbreitung erneuerbarer Energien wirkt sich auch auf die Netzstabilität aus, da möglicherweise neue Phänomene wie Schwankungen auftreten. Sie können sich auch negativ auf die Stromqualität auswirken.

Es gibt erhebliche Forschungs- und Entwicklungsaktivitäten, die sich auf neue Algorithmen und Steuerungssysteme zur Vermeidung von Netzstabilitätsproblemen konzentrieren. Ein Hybridansatz, der auf bestehender, bewährter Technologie basiert, verwendet jedoch einen SC für den Fehlerstrombeitrag und die reale Trägheit zusammen mit einem BESS für die aktive Leistungs- und Frequenzunterstützung.

Die netzgeführte Wechselrichtertechnologie ist älter, gut etabliert und bei Neuinstallationen, insbesondere im kleineren Maßstab, weit verbreitet. Es ist auf ein stabiles Netz angewiesen. Eine zu starke Variation des Spannungszeigers kann zu Steuerungsproblemen beim Wechselrichter führen. Der Hauptnachteil besteht darin, dass dieser Wechselrichtertyp nicht an ein instabiles Netz angeschlossen werden oder für einen Schwarzstart verwendet werden kann.

Im Vergleich dazu sind netzbildende Wechselrichter relativ neu und weniger verbreitet, werden aber in größeren BESS-Installationen eingesetzt. Dieser Wechselrichtertyp kann ein Netz stabilisieren und Schwarzstartfähigkeit bieten.

Eine besondere Herausforderung bei umrichterbasierten Technologien besteht darin, dass sie aufgrund der digitalen Natur ihrer Steuerungs- und Messsysteme Probleme wie Leistungsschwankungen und gegenläufige Regelungen verursachen können.

Im Gegensatz dazu wird die Funktionsweise des SC durch einfache Physik bestimmt. Dies macht den SC zu einer stabilen und zuverlässigen Ressource für die Netzunterstützung.

Eine Kombination aus Leistungselektronik und SCs ist die beste Lösung für mehrere Anwendungen:

Der SC bietet durch seine inhärenten Eigenschaften als physisch rotierende Maschine eine hohe Überlastfähigkeit. Es bietet sofortige Unterstützung bei einem Fehler, indem es die Spannung anhebt und die Auswirkungen eines Spannungsabfalls verringert.

Nach Behebung des Fehlers kann der SC eine leichte Überspannung erzeugen, da er nicht schnell reagieren kann, um den Erregerstrom zu reduzieren. In diesem Fall kann die schnelle Aufnahme von Blindleistung von einem leistungselektronischen Gerät wie BESS oder STATCOM diesen Spannungsüberschuss reduzieren, sodass die Systemspannung schneller in ihren stabilen Zustand zurückkehrt.

Die Trägheits- und Frequenzsteuerung wird vom SC als reale Trägheit bereitgestellt, ergänzt durch eine schnelle Frequenzsteuerung, manchmal auch „virtuelle“ Trägheit genannt, vom BESS. Es hat sich gezeigt, dass das Hybridsystem eine bessere Systemleistung und eine geringere Frequenzänderungsrate (ROCOF) bietet.

Die Kurzschlusskapazität (Kurzschlussverhältnis – SCR) ist ein wichtiger Aspekt des Stromnetzes und seiner Relaisschutzfunktionen. Ein SC kann sehr hohe Kurzschlussströme liefern, die ein Vielfaches des Nennstroms betragen. Die Kombination des SC mit einem BESS kann daher einen großen Fehlerstrombeitrag liefern, ohne dass der BESS-Wechselrichter überdimensioniert werden muss, um den großen Strom zu bewältigen, der in Fehlerszenarien auftritt.

Die Schwarzstartfähigkeit wird durch den netzbildenden Wechselrichter BESS gewährleistet. Dadurch wird zunächst das lokale Netz eingerichtet, mit dem der SC synchronisiert wird. Der SC erhöht dann die Fehlerstromfähigkeit sowie die Spannungs- und Frequenzstabilität, während das größere Netz neu gestartet und durch Hinzufügen zusätzlicher Stromerzeugung und Lasten aufgebaut wird.

Die Schwingungsdämpfung kann verbessert werden, indem ein SC in Kombination mit BESS-Einheiten an das Netz angeschlossen wird oder indem eine Leistungsoszillationsdämpfungsfunktion (POD) als Teil des automatischen Spannungsreglersystems (AVR) des SC hinzugefügt wird.

Die Kombination von SC und BESS bietet klare Vorteile bei der Bereitstellung netzunterstützender Funktionen. Gemeinsam können sie das Netz durch erhöhten Kurzschlussstrom, erhöhte Frequenzunterstützung und Systemträgheit, verringerten ROCOF und Blindleistungssteuerung stabilisieren. Darüber hinaus kann das kombinierte System eine Schwarzstartfähigkeit bieten. Erfahren Sie mehr darüber, wie die Synchronkondensatoren von ABB dazu beitragen, die Netzstabilität erneuerbarer Energien aufrechtzuerhalten.