NetzHarmonie: Optimierte Effizienz und Netzverträglichkeit bei der Integration von Erzeugungsanlagen aus Oberschwingungssicht

Mit dem Ausbau der Erneuerbaren Energien steigt der Anteil an Leistungselektronik im Stromnetz. In Photovoltaikanlagen wandeln Wechselrichter Gleichstrom in Wechselstrom um. Windkraftanlagen nutzen Frequenzumrichter, um die Drehfrequenz einer drehzahlvariablen Windturbine an die Netzfrequenz anzupassen. Diese Umrichter erzeugen jedoch Oberschwingungsströme, die einen erheblichen Einfluss auf die Strom- und Spannungsqualität im Netz haben. Das jetzige Bewertungsverfahren für Oberschwingungsströme hat oftmals zur Folge, dass die vorhandenen Netzkapazitäten nicht optimal ausgenutzt werden.

Im Forschungsprojekt NetzHarmonie wollen die Projektpartner deshalb die aktuellen Bewertungsverfahren verbessern, um für die Oberschwingungsbewertung eine bessere Planungssicherheit zu erreichen und bisher ungenutzte Netzkapazitäten zum Anschluss von Windenergie und Photovoltaikanlagen in allen Netzebenen zu erschließen.

Die Wissenschaftler wollen die historisch entstandenen Berechnungs- und Bewertungsverfahren im Kontext modernen Netzinfrastrukturen hinterfragen und optimieren. An erster Stelle steht dabei, dass weder unzulässige Störungen an anderen Anlagen und Geräten auftreten, noch die kosteneffiziente Integration von Erneuerbaren Energien in das zukünftige Stromnetz behindert wird. In Messkampagnen wollen die Forscher die Ausbreitung und Überlagerung von Oberschwingungsströmen innerhalb einer Spannungsebene und über die Netzebenen hinweg erfassen. Dazu werden verschiedene synchronisierte Messgeräte in den Netzen positioniert. So können Oberschwingungspegel an verschiedenen Messpunkten erfasst werden. Durch eine periodengenaue gleichzeitige Messung lassen sich Aussagen über die Ausbreitungsmechanismen von Oberschwingungen treffen.

Neben den Oberschwingungen wird in dem Verbundprojekt auch die Netzimpedanz, also die Innenimpedanz des Netzes, vermessen. Das übernimmt ein Messgerät, welches mittels Anregung des Netzes die frequenzabhängige Netzimpedanz des Mittelspannungsnetzes im regulären Netzbetrieb messen kann. So erlangen die Wissenschaftler ein besseres Verständnis des Netzaufbaus. Außerdem können Auslöser von Spannungsverzerrungen ermittelt werden. Die Forscher können also feststellen, ob regenerative Einspeiser und deren Leistungselektronik die Verzerrungen verursachen oder ob diese vom Netz kommen. Des Weiteren kann auf Basis der Messungen ein Umrichter so eingestellt werden, dass die Oberschwingungsbelastung am Netzverknüpfungspunkt sinkt. Zukünftig könnten Umrichter dann sogar aktiv Oberschwingungen dämpfen.