Stabilität netzseitiger Wechselrichter
Modellierung und Stabilitätsregelung netzgekoppelter Wechselrichter
Unser Team erforscht systematisch die dynamische Modellierung und Stabilitätsregelung von netzbildenden und netzfolgenden Wechselrichtern mit besonderem Fokus auf die nichtlinearen dynamischen Eigenschaften von Phasenregelkreisen bei Netzstörungen und deren Einfluss auf Stabilitätsgrenzen. Mithilfe präziser elektromagnetischer Transientenmodelle analysieren wir den Kopplungsmechanismus zwischen Leistungswinkelinstabilität und Strombegrenzung während der low-voltage ride-throug (LVRT) und entwickeln koordinierte Regelstrategien zur Verbesserung der transienten Stabilität. Zudem haben wir hybride Synchronisationsregelmethoden für asymmetrische Fehlerszenarien entwickelt, um Phasensprungrisiken effektiv zu reduzieren. Die Ergebnisse liefern eine solide theoretische Grundlage für die Parameteroptimierung und verbesserte LVRT-Fähigkeit von Wind- und PV-Wechselrichtern, um die stabile und sichere Integration erneuerbarer Energien ins Stromnetz zu unterstützen.
Interaktionsstabilität und Clustersteuerung für Systeme mit mehreren Wechselrichtern
Unsere Forschung widmet sich der tiefgehenden Analyse der Interaktionsstabilität von Wechselrichter-Clustern in erneuerbaren Energieanlagen. Wir entwickeln dynamische Kopplungsmodelle für hybride Systeme mit netzbildenden und netzfolgenden Wechselrichtern. Basierend auf der Gleichgewichtsflächen-Theorie bestimmen wir die systemweite Stabilitätsgrenze und entwickeln adaptive koordinierte Steuerstrategien zur Vermeidung von Kaskadenausfällen. Für schwache Netze konzipieren wir Frühwarnmethoden für Interaktionsinstabilitäten und validieren die Effektivität netzbildender Wechselrichter-Cluster zur aktiven Fehlerstrombegrenzung. Unsere Ergebnisse bieten konkrete Lösungen zur Dämpfung von Oszillationen und zur koordinierten Spannungs-Frequenzregelung in großen Anlagen erneuerbarer Energien und tragen zur Erhöhung der Betriebssicherheit des Stromnetzes bei.
Abbildung 1: Testplattform für ein Energiesystem mit heterogenen Wechselrichtern
Charakterisierung und Modellierung des Fehlerstromverhaltens von Wechselrichtern
Wir untersuchen systematisch die dynamischen Kurzschlussstrom-Antwortmechanismen von Wechselrichtern für erneuerbare Energien unter Netzfehlerbedingungen und entwickeln ein universelles Fehlerstrommodell für Vollumrichter und doppelt gespeiste Windenergieanlagen. Mithilfe elektromagnetischer Transientensimulation und Hardware-in-the-Loop-(PHIL)-Tests analysieren wir quantitativ, wie Fehlertyp (Dreiphasen-/Einphasen-Erdschluss), Fehlerort, Wechselrichter-Hardwareparameter und Regelungsalgorithmen den Betrag, die Wellenform und die Anstiegsrate des Kurzschlussstroms beeinflussen. Auf Basis der aktiven Strombegrenzungsfähigkeit netzbildender Wechselrichter und der dynamischen Kopplung mit Phasenregelkreisen (PLL) haben wir ein reduziertes Fehlerstrommodell (Reduced-order Model) entwickelt, das die transienten Strom-Spannungs-Eigenschaften von Dreiphasensystemen präzise abbildet. Dieses Modell lässt sich in Netzsimulations- und Testplattformen integrieren und liefert standardisierte Fehlerstromwellenformen für Schutzrelais, wodurch die Schutzanpassung in Netzen mit hohem Anteil erneuerbarer Energien effektiv unterstützt wird.
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