Dynamik und Modellierung aktiver Verteilnetze unter Berücksichtigung netzbildender Regelung

Coumont, Martin Albrecht (2022)
Dynamik und Modellierung aktiver Verteilnetze unter Berücksichtigung netzbildender Regelung.
Technische Universität Darmstadt
doi: 10.26083/tuprints-00022021
Dissertation, Erstveröffentlichung, Verlagsversion

URL / URN: https://tuprints.ulb.tu-darmstadt.de/22021

Kurzbeschreibung (Abstract)

Die Energiewende führt zu einem starken Anstieg dezentraler Erzeugungsanlagen. Diese sind zu großen Teilen leistungselektronisch mit den Verteilnetzen gekoppelt. Die Verteilnetze wandeln sich zu aktiven Verteilnetzen. Für die Zukunft ist zu erwarten, dass sich ein Teil dieser Erzeugungsanlagen netzbildend verhält, um wichtige Beiträge zur Netzregelung erbringen zu können. Hierbei ist zum einen zu klären, welchen Einfluss dieses netzbildende Verhalten auf die Dynamik in Verteilnetzen und speziell auf die Kurzzeitdynamik bei Großsignalanregungen ausübt. Zum anderen wird es immer stärker notwendig, aktive Verteilnetze bei Studien zur Systemstabilität im Übertragungsnetz zu berücksichtigen. Eine Möglichkeit dafür besteht in der Aggregation von Netzabschnitten durch dynamische Netzäquivalente. Diese Ansätze berücksichtigen derzeit allerdings ausschließlich netzfolgendes Verhalten von Erzeugungsanlagen. Die vorliegende Arbeit adressiert beide Punkte und analysiert zunächst den Einfluss von dezentralen Erzeugungsanlagen mit VSC-Umrichtern auf die Kurzzeit-Spannungsstabilität in Verteilnetzen. Hierzu werden verschiedene Regelstrategien mit netzfolgenden und netzbildenden Merkmalen durch numerische Simulationen im Zeitbereich verglichen. Es wird gezeigt, dass netzbildendes Verhalten einen geringen positiven Einfluss auf die Kurzzeit-Spannungsstabilität hat. Dieser ist stärker in schwachen Netzen und an den Enden von Abgängen ausgeprägt. Anschließend wird ein Ersatzmodell für Erzeugungsanlagen mit VSC-Umrichtern erarbeitet, das sowohl die Kurzzeitdynamik von netzfolgendem als auch von netzbildendem Verhalten wiedergeben kann. Es wird demonstriert, dass dieses Ersatzmodell als Teil eines dynamischen Netzäquivalents für aktive Verteilnetze verwendet werden kann. Zur Bildung des dynamischen Netzäquivalents wird ein messwertbasierter Ansatz verwendet. Anhand von Untersuchungen mit unterschiedlich geregelten Erzeugungsanlagen wird der Ansatz validiert. Es wird gezeigt, dass sowohl Abgänge mit netzfolgenden Anlagen als auch Abgänge mit netzbildenden Anlagen durch das Netzäquivalent aggregiert werden können. Mit reduzierter Genauigkeit können auch Netzabschnitte aggregiert werden, in denen Anlagen mit unterschiedlichem Verhalten enthalten sind.

Typ des Eintrags:

Dissertation

Erschienen:

2022

Autor(en):

Coumont, Martin Albrecht

Art des Eintrags:

Erstveröffentlichung

Titel:

Dynamik und Modellierung aktiver Verteilnetze unter Berücksichtigung netzbildender Regelung

Sprache:

Deutsch

Referenten:

Hanson, Prof. Dr. Jutta ; Lens, Prof. Dr. Hendrik

Publikationsjahr:

2022

Ort:

Darmstadt

Kollation:

xxxii, 223 Seiten

Datum der mündlichen Prüfung:

25 Mai 2022

DOI:

10.26083/tuprints-00022021

URL / URN:

https://tuprints.ulb.tu-darmstadt.de/22021

Kurzbeschreibung (Abstract):

Alternatives oder übersetztes Abstract:

Alternatives Abstract

Sprache

Power systems are currently subject to major structural changes, which lead to an increasing share of distributed generation. Most of these distributed generation plants are connected to the distribution grids via power electronic interfaces. Distribution grids thereby change into active distribution grids. In future power systems, a part of the distributed generation will likely use grid-forming control. Grid-forming behavior is considered an important feature in future power system control concepts. Thus, it is important to properly understand the influence of grid-forming behavior on power system dynamics, specifically on short-term dynamics following large-signal disturbances. Furthermore, it is necessary to account for active distribution grids when analyzing system stability in transmission grids. This can be done by dynamic equivalencing. So far, only grid-following behavior is considered in existing approaches. This work provides two contributions to the aforementioned topics. Firstly, the influence of distributed generation on short-term voltage-stability in active distribution grids is analyzed. This is done by comparison of grid-following and grid-forming control using time-domain simulations. It is shown that grid-forming behavior has a slightly positive influence on short-term voltage stability. In weak grids and at the end of feeders the impact of grid-forming behavior on short-term voltage stability is increased. Secondly, a generic simulation model of converter-interfaced distributed generation considering grid-following as well as grid-forming behavior is presented. It is shown that this model accurately represents the short-term dynamics of both control behaviors. A dynamic equivalent for active distribution grids based on the proposed model is developed using a measurement-based approach. The approach is validated using different cases with varying control strategies of the distributed generation units. It is shown that feeders with only grid-following units and feeders with only grid-forming units both can be aggregated by the dynamic equivalent. Even feeders with both grid-following and grid-forming units can be aggregated, but with reduced accuracy.

Englisch

Status:

Verlagsversion

URN:

urn:nbn:de:tuda-tuprints-220211

Sachgruppe der Dewey Dezimalklassifikatin (DDC):

600 Technik, Medizin, angewandte Wissenschaften > 620 Ingenieurwissenschaften und Maschinenbau

Fachbereich(e)/-gebiet(e):

18 Fachbereich Elektrotechnik und Informationstechnik
18 Fachbereich Elektrotechnik und Informationstechnik > Institut für Elektrische Energiesysteme > Elektrische Energieversorgung unter Einsatz Erneuerbarer Energien
18 Fachbereich Elektrotechnik und Informationstechnik > Institut für Elektrische Energiesysteme

Hinterlegungsdatum:

24 Okt 2022 12:03

Letzte Änderung: