Das DOE-Labor entwickelt neue Modelle zur Behebung von Wechselrichterfehlern und zur Vermeidung von Netzstörungen

Laut Untersuchungen des Oak Ridge National Laboratory kann die Analyse elektromagnetischer Transientendomänen der Schlüssel dazu sein, zu verhindern, dass wechselrichterbasierte Ressourcen offline schalten oder die Leistung reduzieren.

Forscher am Oak Ridge National Laboratory (ORNL) in Tennessee erforschen eine neue Art der Stromsystemmodellierung, die als elektromagnetische transiente (EMT) Domänenanalyse bekannt ist und der Schlüssel zur Behebung von wechselrichterbasierten Ressourcenfehlern und zur Integration verteilterer Ressourcen in das System sein könnte sich entwickelndes Gitter.

Die North American Electric Reliability Corp. gab im März nach einer Reihe von Störungen bei wechselrichterbasierten Ressourcen eine Warnung und Empfehlungen für Solargeneratoren heraus. Die Zuverlässigkeitsorganisation hat eine wachsende Zahl von Fällen beobachtet, in denen wechselrichterbasierte Ressourcen als Reaktion auf geografisch weit entfernte Netzstörungen offline gingen oder die Leistung reduzierten.

NERC gab außerdem Leitlinien zur Zuverlässigkeit heraus und stellte fest, dass EMT-Simulationen „notwendig sind, um künftige Zuverlässigkeitsrisiken für [Großstromsysteme] angemessen zu identifizieren und zu mindern.“

ORNL-Forscher sagen, dass die EMT-Analyse den Netzbetreibern im Vergleich zur herkömmlichen Modellierung ein genaueres Verständnis der sich schnell entwickelnden Netzereignisse vermitteln kann. Laut Suman Debnath, einem Forscher im Labor, ist die Systemplanung und -verwaltung komplizierter geworden, da neue Arten von Stromgeräten an das Netz angeschlossen werden, darunter Solar- und Windkraftanlagen, Ladegeräte für Elektrofahrzeuge sowie Waschmaschinen und Trockner mit variablen Frequenzen.

Diese Netzentwicklung erfordert eine Abkehr „von den traditionellen Analysetools, die für die Planung von Verbindungsstudien verwendet wurden“, sagte Debnath in einem Interview. „Es wird notwendig sein, auf die Verwendung von [EMT-]Simulationen umzusteigen, die kürzere Zeitschritte erfordern und eine höhere Genauigkeit erfordern.“

„Es gibt definitiv Herausforderungen bei der Durchführung von EMT-Simulationen“, fügte Debnath hinzu, einschließlich des Verständnisses, wie man neue Modelle validiert und Analysen von einzelnen Wechselrichtern auf regionale Netze skaliert. „Das ist der Kern der Forschung, die wir hier betreiben.“

In Zusammenarbeit mit Edison aus Südkalifornien integrierte das Labor neue Modelle und Algorithmen in ein EMT-Domänenanalysetool und konnte Anfang des Jahres einen Übertragungsfehler aus dem Jahr 2018 nachbilden, der dazu führte, dass eine große Solaranlage die Leistung des Versorgungssystems reduzierte.

„Die Entwicklung eines High-Fidelity-Modells wird Versorgungsunternehmen dabei helfen, die physikalische Dynamik der Leistungselektronik besser zu verstehen, so die Netzleistung zu verbessern und sich an unserer Zukunftsvision der Netzmodernisierung auszurichten“, sagte Md Arifujjaman, leitender Ingenieur für Netztechnologieinnovation bei Southern California Edison in einer Stellungnahme.

ORNL wird am 24. und 25. August in Knoxville, Tennessee, in Zusammenarbeit mit dem Energieministerium und NERC einen Workshop veranstalten, um seine Forschungsergebnisse zur Fehlerreplikation vorzustellen und zu zeigen, wie EMT-Modellierung für Planungs- und Verbindungsstudien verwendet werden kann.

„Es müssen Ressourcen-Upgrades vorgenommen werden, die auf der Seite des Stromnetzes durchgeführt werden können, und es könnte bestimmte Upgrades geben, die innerhalb der Anlage selbst durchgeführt werden können“, sagte Debnath. Eine Kombination dieser beiden hätte den Fehler verhindern können, den ORNL und Southern California Edison durch Modellierung reproduzieren konnten.

„Einige Versorgungsunternehmen und Systembetreiber setzen derzeit auf die Simulation elektromagnetischer Transienten“, sagte Debnath. Die bevorstehende Veranstaltung wird es dem ORNL ermöglichen, seine Forschung zu teilen und eine Diskussion über Herausforderungen zu veranstalten, mit denen Netzakteure bei der Nutzung der komplexeren Analyse konfrontiert sein könnten.

Die Arbeit des Labors zu diesem Thema werde noch Jahre andauern, fügte er hinzu.

„Ich denke, eines der Dinge, an denen wir weiterhin arbeiten, besteht darin, zu verstehen, wie wir die Modellierungsfunktionen in diesem Bereich verbessern und die Fähigkeit zur Skalierung der Analyse verbessern können“, sagte Debnath.