Fuhr, Christina (2022)
Multikriterielle Regelungsstrategien für ein inverterbasiertes Niederspannungs-Microgrid.
Technische Universität Darmstadt
doi: 10.26083/tuprints-00021241
Dissertation, Erstveröffentlichung, Verlagsversion

Kurzbeschreibung (Abstract)

Die Energiewende ist Vision und aktueller Forschungsschwerpunkt zugleich. Die dafür essenzielle Transformation der Energieversorgung ist bereits in Umsetzung. Der Trend hin zur dezentralen Energieerzeugung mit Hilfe einer Vielzahl an Erneuerbaren-Energien-Anlagen mit im Vergleich zu Großkraftwerken kleinen Erzeugungsleistungen erfordert neue Regelungskonzepte. Während die Stabilität bislang hauptsächlich auf der Übertragungsnetzebene sichergestellt wird, werden Regelungs-strategien notwendig, die auch die inverterbasierten Erzeugungseinheiten im Rahmen der Netzstützung einbinden. Dafür werden in der vorliegenden Arbeit Netzregelungsstrategien entwickelt, die sowohl bei der ungeplanten als auch der geplanten Abtrennung eines Microgrids der Niederspannungsebene vom überlagerten Netz einen sicheren Betrieb gewährleisten können. Ein solcher Betrieb ist durch die Einhaltung von multikriteriellen Funktionalitäten der Regler gewährleistet. Weist ein Regler die Funktionalitäten auf, kann er sicherstellen, dass definierte Spezifikationsbereiche für die Frequenz, die Spannung sowie eine Leistungsaufteilung bei Anregung des Energieversorgungssystems mit Leistungsschwankungen sowie bei Verinselung eingehalten werden. Das Regelungskonzept ist von kaskadierter Form und beinhaltet einen Leistungs- bzw. Primärregler sowie einen Transitionsregler für die Inverter. Für die ungeplante spontane Netzabtrennung werden drei verschiedene Primärregelungs-Typen entwickelt und bewertet. Ein robuster Multi-Modell-Regler wird als Primärregelungs-Typ favorisiert und Primärregelstrategien werden auf Basis dessen abgeleitet. Für den Reglerentwurf des Primärreglers wird ein Optimierungsproblem bestehend aus multiplen H∞- Normen als Zielfunktion und einer Polbereichsvorgabe als Nebenbedingung entwickelt. Basis des Reglerentwurfs stellen die linearisierten Modelle des Microgrids als Strecke dar. Für die geplante Verinselung wird ein Transitionsregler entwickelt, der den Übergang ohne Sprünge in den Systemen realisiert. Die Netzregelstrategie für die ungeplante Verinselung umfasst eine Primärregelstrategie. Die Netzregelstrategie für die geplante Verinselung umfasst eine alternative Primärregelstrategie kombiniert mit dem Transitionsregler. Die Netzregelstrategien ermöglichen den stabilen Betrieb eines Microgrids und tragen damit zur Weiterentwicklung von Regelungskonzepten von inverterbasierten Microgrids bei.

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