Konzeptionierung und Erprobung von dezentralen Frequenzhaltungsmaßnahmen und leistungsflussorientierten Lastabwurfverfahren im Verteilnetz

Abstract

Aufgrund der erhöhten Integration dezentraler Energieerzeugungsanlagen in Verteilnetzen und der Abschaltung konventioneller Kraftwerke ändern sich die bisherigen Netzstrukturen grundlegend. In diesem Kontext müssen dezentrale Anlagen in Zukunft zwingend Systemdienstleistungen übernehmen. Eine besondere Rolle spielen hierbei die Bereitstellung von Primärregelleistung, insbesondere durch Batteriespeichersysteme, aber auch innovative unterfrequenzabhängige Lastabwurfkonzepte, welche sicherstellen, dass ebendiese dezentralen Anlagen nicht vom Netz getrennt werden. In dieser Arbeit wird untersucht, inwieweit umrichter-basierte dezentrale Anlagen über möglichst bestehende Kommunikationsinfrastrukturen, wie Smart Metering Systeme, geregelt werden können. Zudem wird ein selektives Lastabwurfkonzept entwickelt, welches sicherstellt, dass Last optimal abgeworfen wird. Durch dynamische Simulationsrechnungen wird untersucht, inwieweit die vorgestellten Konzepte die Netzfrequenz in kritischen Situationen effektiv stützen können. Abgerundet wird diese Arbeit mit der Entwicklung von Prototypen eines Speichercontrollers zur dezentralen Regelleistungsbereitstellung und eines selektiven Unterfrequenzrelais, welche nicht nur in Laborversuchen, sondern auch im Rahmen eines mehrmonatigen Feldversuchs in einem deutschen Verteilnetz getestet wurden.

The increased integration of decentralized energy recourses in distribution grids and the shutdown of conventional power plants are fundamentally changing existing grid structures. In this context, these generation units must provide ancillary services in the future. Especially, the provision of primary control power, in particular by battery storage systems, must be analysed. Furthermore, to ensure that these generators, connected to the distribution grid, are not disconnected during load shedding, innovative load shedding schemes must be defined. The present work investigates to which extent inverter-based distributed systems can be controlled via existing communication infrastructures, such as smart metering systems. Additionally, a selective load shedding scheme which ensures optimal load shedding processes has been developed. Dynamic simulations are used to investigate the effectiveness of the new defined concepts to support the grid frequency in critical situations. As a completion, developed prototypes of a storage controller to ensure the provision of decentralized control power of storages as well as an underfrequency relay have been tested not only in laboratory experiments but also in field tests in a German distribution network.