01.07.2014 ETG-Mitgliederinformation Veranstaltungsrückblick 30 0

ETG-Kongress 2013 - Fachtagung 3a

Leistungselektronik in der Energieversorgung

Die Fachtagung „Leistungselektronik in der Energieversorgung“ hat einmal mehr gezeigt, wie eng verwoben die elektrische Energieversorgung inzwischen mit der Leistungselektronik ist. Zehn Vorträge und 25 Poster gaben einen guten Überblick über aktuelle Fragestellungen zur Leistungselektronik in der Erzeugung und Verteilung elektrischer Energie.

Anforderungen an leistungselektronische Stellglieder aus Sicht des Übertragungsnetzbetreibers wurden von Tennet TSO vorgestellt. Leistungselektronisch angekoppelte Erzeuger verursachen dabei sowohl neue Fragestellungen – so sind Regelungskonzepte zu entwickeln, die die fehlenden natürlichen Schwungmassen kompensieren; sie eröffnen aber auch neue Möglichkeiten – so verspricht man sich in Fehlerfällen eine signifikant verbesserte Systemstabilität durch schnelle Regelungen. Im HVDC Bereich sind Multiterminalverbindungen im Kommen, während der konkrete Nutzen vermaschter DC-Netze noch nicht erkennbar ist. Wichtig ist in jedem Fall die schnelle Fehlerklärung auch im DC-Netz, wobei 5 bis 10 ms angestrebt werden.

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Prof. Dr.-Ing. Hans-Günter Eckel

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Wie HGÜ mit selbstgeführten Umrichtern diese Anforderungen erfüllen können, zeigte Jörg Dorn, Siemens AG, auf. Für HGÜ-Verbindungen mit Freileitungen sind dabei Modulare Multilevel Umrichter mit Vollbrücken das Mittel der Wahl. Sie erlauben die Regelung auch des DC-seitigen Stroms, so dass sehr flexibel auf DC-Fehler reagiert werden kann. Daneben kann bei ungünstigen Witterungsverhältnissen auch die DC-Spannung abgesenkt werden, um so bei reduzierter Leistung eine erhöhte Zuverlässigkeit zu erreichen.

Von ABB wurde ein hybrider DC-Leistungsschalter vorgestellt, der mit 0,01 % Zusatzverlusten eine Fehlerklärungszeit von kleiner 5 ms ermöglicht. Kernstück ist ein elektromagnetisch angetriebener mechanischer Schalter mit einer Schaltzeit von 2 ms. Der Strom kommutiert dann zunächst in eine IGBT-Kette, und letztendlich in Überspannungsableiter (Bild 1). Schnelle Reaktionszeit und geringe Verluste werden allerdings mit einem Aufwand von etwa einer Sechstel HGÜ-Station erkauft.

Ein alternatives Konzept für einen DC-Leistungsschalter wurde von Prof. Marquardt, Universität der Bundeswehr München, vorgestellt. Hier werden Vakuum-Schaltröhren mit Thyristor-Umschwingkreisen kombiniert Bild 2). Damit sollte sich der Halbleiteraufwand gegenüber einer IGBT-Lösung deutlich verringern, allerdings wäre ein einmal eingeleiteter Löschvorgang nicht mehr zu unterbrechen.

Bei HVDC-Verbindungen haben sich heute noch keine einheitlichen Spannungen herausgebildet. Bei der Verkopplung einzelner HVDC-Verbindungen zu einem Netz müssen daher unterschiedliche Spannungsniveaus zusammengeschaltet werden. Von Prof. Bakran, Universität Bayreuth, wird dafür eine aufwandsarme, HVDC-Spartransformator genannte Umrichterkonfiguration vorgeschlagen, die auch weiterhin Redundanzbetrieb bei bipolaren DC Trassen ermöglicht.

Neben der Energieverteilung wurde auch die leistungselektronisch angekoppelte Erzeugung gewürdigt.

Martin Schellschmidt, Enercon GmbH, berichtete über neue Anforderungen für Erzeugungsanlagen am Mittelspannungsnetz. So kann beispielsweise durch Einspeisen eines Blindstroms im Gegensystem die niedrige Gegensystemimpedanz konventioneller Generatoren nachgebildet werden.

Die systemstabilitätsrelevanten Merkmale eines konventionellen Kraftwerksgenerators nachzubilden ist das Ziel der Virtuellen Synchronmaschine, die von Prof. Beck, TU Clausthal, vorgestellt wurde. In Kombination mit einem Energiespeicher können regenerative Erzeuger so Systemdienstleistungen wie konventionelle Kraftwerke bieten.

Im Gegensatz zu Windenergie- werden PV-Anlagen zum größten Teil in Niederspannungsnetzen betrieben. Die Aufnahmefähigkeit von Ortsnetzen wird dabei zunehmend durch die Spannungsgrenzwerte eingeschränkt. Volker Wachenfeld, SMA AG, erläuterte, wie diese Netze durch den Einsatz dezentraler Energiespeicher entlastet werden können. Neuen Schwung könnte die Speicherthematik auch bekommen, wenn ab 2021 die ersten PV-Anlagen aus der EEG Einspeisevergütung herausfallen und sich damit die Schere zwischen erzielbarem Preis für Strom aus PV-Anlagen und Bezugspreis für private Verbraucher weiter öffnet.

Erwähnt werden sollen – ohne Anspruch auf Vollständigkeit – auch etliche Beiträge zum Verhalten regenerativer Verbraucher bei Netzfehlern, so zum FRT-Verhalten von doppelt gespeisten Asynchronmaschinen (Ruhr-Universität Bochum) und zum Netzfehlerverhalten von PV-Zentralwechselrichtern (Fraunhofer ISE). DC-Netze wurden – neben der HGÜ – auch für den unteren Spannungsbereich in Gebäudeinstallationen (Fraunhofer IISB) und für den Mittelspannungsbereich (Prof. DeDoncker, RWTH Aachen) betrachtet.

Es wurde auf dieser Fachtagung also ein breites Spektrum interessanter Themen behandelt. Besonders fruchtbar war dabei wiederum der direkte Kontakt der doch üblicherweise getrennten Welten „Energieversorgung“ und „Leistungselektronik“. Gegenseitiges Verstehen der Denkweisen, der Herausforderungen und der Möglichkeiten wird dazu dienen, für beide Seiten neue Potentiale zu erschließen.

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