Eine Gruppe australischer Forscher hat eine neue Methode zur Bestimmung der Mindestleistung von Energiespeichersystemen (ESS) entwickelt, die für Notfälle bei Unterfrequenz eingesetzt werden. Die Größe des ESS muss so berechnet werden, dass die Frequenz innerhalb des normalen Betriebsbereichs bleibt.
Bild: Edith Cowan University, Journal of Energy Storage, Common License CC BY 4.0
Eine Gruppe von Forschern an der Edith Cowan University in Australien hat eine neue Methode vorgeschlagen, um die optimale Größe großer, an Wechselrichter angeschlossener Energiespeichersysteme (ESS) zu bestimmen, die für den Notfall bei Unterfrequenzreaktion geplant sind.
„Die erforderliche Reaktion mit minimaler ESS-Kapazität zu liefern, ist für die Planung von Stromnetzen und den Betrieb einer Flotte von teilweise entladenen ESS-Einheiten von Vorteil“, sagten die Wissenschaftler und merkten an, dass die vorgeschlagene Lösung auch zu geringen Kosten realisierbar sei. „Eigenschaften wie Anstiegszeit, Überschwingen und Einschwingzeit der Wirkleistungsreaktion können durch Anpassen bestimmter Parameter gesteuert werden.“
In dem Artikel „Optimierung netzbildender Wechselrichter zur Vermeidung von Unterfrequenz-Lastabwürfen bei minimaler Energiespeicherung“, erschienen in der Zeitschrift für EnergiespeicherungDie Forscher erklärten, dass die aktive Leistungskapazität des ESS genutzt werden kann, um Unterfrequenz-Lastabwurfsysteme (UFLS) zu minimieren. UFLS-Systeme werden im Allgemeinen bei niederfrequenten Ereignissen aktiviert und werfen vorbestimmte Lasten ab, um weitere Frequenzabfälle zu verhindern.
„Da UFLS-Ereignisse selten sind, müssen einige Übertragungsnetzbetreiber keinen Spielraum für große Störungen aufrechterhalten“, sagte das Forschungsteam. „Daher ist die Verwendung von ESS für die Notfallreaktion bei Unterfrequenz eine kostengünstige Option. Darüber hinaus ist die Bereitstellung der erforderlichen Reaktion mit minimaler ESS-Kapazität vorteilhaft für die Planung von Stromnetzen und den Betrieb einer Flotte von teilweise entladenen ESS-Einheiten.“
Die Wissenschaftler erklärten auch, dass die Neuheit ihrer Arbeit darin bestand, die Mindestleistung einer Batterie sowohl für virtuelle Synchrongeneratoren (VSGs) als auch für netzbildende Wechselrichter mit Droop-Steuerung (GFM) zu bestimmen. Die ESS-Größe, so gaben sie an, müsse so berechnet werden, dass die Frequenz innerhalb des Standardbetriebsbereichs gehalten wird.
„Die ESS-Größe ist optimiert, um einen Lastabwurf aufgrund von Unterfrequenz nach dem Auslösen eines großen Generators zu verhindern, indem die Frequenz innerhalb der Betriebsfrequenz (FoS) gehalten wird“, betonten sie außerdem. „Bei der Berechnung der Steuerparameter und der ESS-Größenbestimmung werden die mehrstufige Dauer und die von der FoS bereitgestellten Schwellenwerte berücksichtigt. Die UFLS-Schutzeinstellungen werden auf der Grundlage der FoS ausgelegt, und die Dimensionierung des ESS zum Erreichen einer festen Frequenz ergibt nicht die optimale ESS-Größe.“
Der vorgeschlagene Ansatz basiert auf einem Hill-Climbing-Algorithmus, ders eine klassische Optimierungstechnik in der künstlichen Intelligenz, die vom Berggipfelklettern inspiriert ist. Sie funktioniert, indem der Höhenwert erhöht wird, um den Gipfel des Berges oder die beste Lösung für ein bestimmtes Problem zu finden. Sie endet, wenn sie einen Spitzenwert erreicht, bei dem kein Nachbar einen höheren Wert hat.
Die Gruppe untersuchte eine Fallstudie eines Stromversorgungssystems, das mit der Software DIgSilent PowerFactory implementiert wurde.
Die Simulation zeigte, dass bei GFM-Wechselrichtern eine Verringerung des Wirkleistungsabfallkoeffizienten die Wirkleistungsabgabe erhöht. Dieser Anstieg wird jedoch durch die Einschränkungen der aktuellen Wechselrichter begrenzt. Daher schlagen die Wissenschaftler vor, den Wirkleistungsabfallkoeffizienten auf einem Wert zu halten, der Instabilitäten aufgrund der Wechselrichterbeschränkungen verhindert und gleichzeitig die Wirkleistungsabgabe maximiert.
Was VSGs betrifft, schlugen sie vor, die Beschleunigung konstant zu halten, was angeblich ein Gleichgewicht zwischen der Frequenzänderungsrate (RoCoF) und Leistungsschwankungen herstellen kann. Sie stellten fest, dass die Beschleunigungszeitkonstante des VSG-Controllers proportional zur Trägheit ist und eine Erhöhung dieser die Trägheit erhöht.
„Für den in dieser Studie betrachteten Fall beträgt die Mindestleistung der Energiespeicherung für die Steuerung des virtuellen Synchrongenerators 85 MVA, während für die Droop-Steuerung die Mindestspeicherkapazität 89 MVA beträgt“, schlussfolgerten die Wissenschaftler. „Die Ergebnisse dieser Studie sollten für Energiesystemplaner hilfreich sein, um die Möglichkeiten von Energiespeichersystemen besser auszuschöpfen.“
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