Untersuchung der Wechselwirkungen zwischen dezentralen Erzeugungsanlagen und Energieversorgungsnetzen

Jessen, Lars ORCID

In Niederspannungsnetzen wird die überwiegende Anzahl regenerativer Energieerzeugungsanlagen mittels leistungselektronischer Systeme an das Stromnetz angeschlossen. Ebenso werden zunehmend Lasten mit leistungselektronischer Netzkopplung ausgeführt, um unter anderem deren Energieeffizienz und Regelbarkeit zu erhöhen und damit das Betriebsverhalten zu verbessern. Hieraus resultiert ein Wandel der frequenz- und zeitabhängigen Netzimpedanz an den Verknüpfungspunkten was wiederum Auswirkungen auf die Systemstabilität hat. Ziel dieser Forschungsarbeit ist die Untersuchung der Wechselwirkungen zwischen dezentralen Erzeugungsanlagen und Niederspannungsnetzen. Hierbei werden sowohl ohmsch-induktive als auch ohmsch-induktiv-kapazitive Netzimpedanzen und damit Netzresonanzen berücksichtigt. Zusätzlich ist der Einsatz aktiver Dämpfungsverfahren in der Regelung des Wechselrichters wesentlicher Untersuchungsgegenstand. Die Arbeit gliedert sich in drei Teile. Der erste Teil beinhaltet die Untersuchung der frequenzabhängigen Netzimpedanz. Hierzu werden Netzimpedanzmessungen in drei öffentlichen Niederspannungsnetzen durchgeführt und ausgewertet. Im zweiten Teil erfolgt die mathematische Modellierung des Wechselrichters einer dezentralen Erzeugungsanlage. Hierzu wird ein modularer Ansatz basierend auf Zustandsraummodellen vorgestellt. Abschließend, im dritten Teil, wird das mathematische Modell des Wechselrichters um das Netz erweitert. Auf dieser Basis wird die Beeinflussung des Wechselrichterverhaltens durch sowohl ohmsch-induktive als auch ohmsch-induktiv-kapazitive Netzimpedanzen analysiert.

Most renewable power generation systems in low voltage power systems are connected to the gird by power electronic systems. Furthermore, an increasing number of loads are coupled to the grid via power electronics to increase their power efficiency and controllability. This development leads to changes in frequency and time depending grid impedance and hence challenges power system stability. The objective of this work is the investigation of interactions between distributed energy resources and low voltage power systems. Therefore, resistive-inductive and resistive-inductive-capacitive power including grid resonances are taken into account. Additionally, the impact of different active damping approaches for PI-based current controlled power inverters is a major aspect in these studies. This thesis is structured into three parts. In the first part the frequency depending grid impedance is investigated. Therefore, grid impedance measurements in three public low voltage power grids are carried out. The second part deals with modeling of an inverter based distributed generation system. The model is derived in a modular way based on state-space representation. Subsequently, in the third part, the model of the power inverter is expanded by the impedance of the low voltage power system. With this model the influence of a resistive-inductive and a resistive-inductive-capacitive grid impedance on the control performance of the power inverter is analyzed.

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Jessen, Lars: Untersuchung der Wechselwirkungen zwischen dezentralen Erzeugungsanlagen und Energieversorgungsnetzen.

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