Um den Strom der erneuerbaren Energiequellen wie Wind- und Fotovoltaikanlagen erfolgreich in unser Stromnetz integrieren zu können, benötigt es Leistungshalbleiter-Umrichtersysteme (Power electronics converters, PECs). Mit Leistungshalbleiter-Umrichtersystemen (PECs) wird die elektrische Energie gewandelt, geregelt und verteilt, so dass sie dort ankommt, wo sie gebraucht wird. Allerdings kann die Einbindung einer Vielzahl von PECs zu Stabilitäts- und Qualitätsproblemen in Stromnetzen führen. Besonders in schwachen Netzen können PECs Schwingungen verursachen, die den Netzbetrieb destabilisieren.

Mit dem Projekt ASPPECT untersucht ein Forschungsteam des Instituts für Energiesysteme und Fluid-Engineering (IEFE) der ZHAW School of Engineering, wie PEC diese Stabilitäts- und Qualitätsprobleme in Stromnetzen verursachen. Denn die bisherige Kategorisierung von Stabilitätsproblemen reicht nicht aus, um diese neuen Phänomene zu beschreiben. Daher wurden neue Begriffe wie «wandlergesteuerte Stabilität» und «Resonanzstabilität» eingeführt. Das Projekt zielt darauf ab, innovative Methoden zu entwickeln und zu testen, um diese Stabilitätsprobleme zu mindern. Diese Methoden sollen helfen, Stromnetze trotz der zunehmenden Integration von PEC stabil zu halten und die Netzqualität zu verbessern. 

Die im Projekt ASPPECT entwickelten Lösungsmethoden sollen mit einer Echtzeitsimulation mittels Power-Hardware-in-the-Loop (P-HIL) unter realen Bedingungen überprüft werden. Bei einer P-HIL-Simulation werden nicht nur Steuerung und Signale simuliert, sondern auch die tatsächliche elektrische Leistung miteinbezogen. Damit können reale, leistungsstarke Erzeugungsanlagen wie Windturbinen oder PV-Anlagen in einer simulierten Umgebung getestet werden, wobei das simulierte System die hohen Strom- und Spannungsanforderungen dieser Geräte berücksichtigt. Dafür werden in der Simulation sogenannte «Leistungsverstärker» eingesetzt. Sie sorgen dafür, dass die simulierte Umgebung genügend Strom und Spannung an die zu testende Umgebung liefert und gleichzeitig deren Rückmeldungen in die Simulation zurückführt. So entsteht ein geschlossener Kreislauf (Closed-Loop), der den Test realistischer und genauer macht.

Das Projekt ASPPECT ergänzt und vertieft bestehende Studien, indem es neue Ansätze für die Stabilisierung von Stromnetzen mit PEC entwickelt. Damit soll der Einsatz von PEC in der Energieversorgung optimiert werden – ein wichtiger Beitrag für eine erfolgreiche Integration der erneuerbaren Energien ins Stromnetz.

Projektname
Bewertung von Stabilitäts- und Leistungsqualitätsproblemen in Leistungselektronikumrichtern durch Hardware-in-the-Loop-Tests (ASPPECT)

Projektteam an der ZHAW
Petr Korba, Rafael Segundo, Alfredo Velazquez

Projektpartners
SINTEF, Norwegen
International Energy Agency (IEA ISGAN)

Drittmittelgeber
Bundesamt für Energie (BFE)

Projektdauer
Oktober 2024 bis September 2028