Grid Forming / Dynamische Regelung von netzgekoppelten Wechselrichtern

 Die Verlagerung des Energiemixes hin zu erneuerbaren Energiequellen und die vermehrte Dezentralisierung stellen eine Herausforderung für die Stabilität der Stromnetze dar. Um Stabilitätsprobleme zu minimieren und Energiesysteme robuster zu machen, wurden Strategien für die Netzregelung entwickelt, um das Verhalten von Synchrongeneratoren nachzuahmen und auch die Emulation von Schwungmassen von erneuerbaren Energieerzeugungsanlagen zu verbessern. Dabei spielt der netzbildende Wechselrichter eine entscheidende Rolle, und unser Forschungsschwerpunkt liegt auf der Entwicklung, Prüfung und Validierung fortschrittlicher netzformender Steuerstrategien für die sich entwickelnden Stromnetze.

VALIDIERUNG VON SPEZIFIZIERTEN FUNKTIONEN

Voraussetzung für den Anschluss an öffentliche Stromnetze ist eine Überprüfung und Bestätigung, dass diese Wechselrichter die erforderlichen Standards, Normen und Spezifikationen erfüllen, oftmals erforderlich.

Die Validierung umfasst verschiedene Aspekte:

• Technische Spezifikationen: Die technischen Eigenschaften des netzgekoppelten Wechselrichters müssen den definierten Anforderungen entsprechen. Dazu gehören Aspekte wie Leistungsfaktor, Wirkungsgrad, Spannungs- und Frequenzregelung sowie Reaktion auf Netzschwankungen.
• Netzanschlussregelungen: Die Einhaltung nationaler und internationaler Netzanschlussregelungen ist entscheidend. Hierbei geht es darum sicherzustellen, dass der Wechselrichter korrekt mit dem öffentlichen Stromnetz synchronisiert ist und keine Störungen verursacht.
• Sicherheitsstandards: Die Validierung umfasst auch die Überprüfung der Sicherheitsstandards. Dies betrifft sowohl den sicheren Betrieb des Wechselrichters als auch den Schutz von Personen und Eigentum.
• EMV-Prüfungen: Elektromagnetische Verträglichkeitsprüfungen sind wichtig, um sicherzustellen, dass der Wechselrichter keine störenden elektromagnetischen Emissionen erzeugt und gleichzeitig gegen externe Einflüsse robust ist.
• Stabilität und Zuverlässigkeit: Die Validierung beinhaltet Tests zur Stabilität und Zuverlässigkeit des netzgekoppelten Wechselrichters unter verschiedenen Betriebsbedingungen. Dies schließt auch Langzeittests ein, um die Leistungsfähigkeit über die Zeit sicherzustellen.
• Prüfnormen: Internationale Prüfnormen wie IEC, UL oder andere relevante Standards werden in den Validierungsprozess einbezogen. Die Zusammenarbeit mit Zertifizierungsstellen und die Einhaltung dieser Normen erleichtern die Validierung.

Die Validierung ist ein iterativer Prozess, der sowohl während der Entwicklungsphase als auch bei der Serienproduktion erfolgt. Sie stellt sicher, dass die netzgekoppelten Wechselrichter den höchsten Qualitäts- und Leistungsstandards entsprechen und problemlos in bestehende Stromnetze integriert werden können.

NETZ-INTEROPERABILITÄT UND KOMMUNIKATION

Im Bereich der Grid-Interoperabilität erfolgt eine umfassende Prüfung, um sicherzustellen, dass sämtliche Komponenten nahtlos miteinander agieren können. Dies beinhaltet End-to-End-Funktionalitätstests von der Kommunikationsschnittstelle bis zur Stromversorgungsschnittstelle unter Anwendung der SunSpec-Spezifikationen. Durch Integrationstests mit externen Geräten von Drittanbietern, wie Sensoren, PV-Systemen und Netzbetreiber-Gateways, wird die reibungslose Zusammenarbeit verschiedener Systeme gewährleistet. Darüber hinaus erfolgen Controller Hardware-in-the-Loop (CHIL)-Tests von  Konverter-Regelungen, um deren Leistungsfähigkeit und Anpassungsfähigkeit zu überprüfen.
 

Unser Leistungsspektrum:

• Prüfung der Interoperabilität
• End-to-End-Funktionalitätstests von der Kommunikationsschnittstelle bis zur Stromversorgungsschnittstelle
• Integrationstests mit externen Geräten von Drittanbietern
• Controller Hardware-in-the-Loop (CHIL)-Tests
   

GRID-CODE-BERATUNG UND MODELLIERUNG

Im Bereich der Grid-Code-Beratung steht die Expertise zur globalen Netzanschlussanforderungen im Fokus. Hierbei werden nicht nur die spezifischen Vorgaben einzelner Regionen berücksichtigt, sondern es wird auch eine umfassende Beratung zu den weltweit geltenden Standards angeboten. Die Entwicklung und Implementierung von numerischen Simulationsmodellen in Matlab/Simulink/SimPowerSystems® und DIgSILENT Powerfactory® ermöglicht präzise Modellierung und Simulation von Netzanschlüssen. Computersimulationsbasierte Untersuchungen werden durchgeführt, um Smart Grids-Anwendungen zu optimieren und auf zukünftige Herausforderungen vorzubereiten.

Unser Leistungsspektrum:

• Beratung zu globalen Netzanschlussanforderungen
• Entwicklung und Implementierung von numerischen Simulationsmodellen in Matlab/Simulink/SimPowerSystems®/PLECS und DIgSILENT Powerfactory®
• Computersimulationsbasierte Untersuchungen für Smart Grids-Anwendungen

SOFTWAREENTWICKLUNG UND FIRMWAREENTWICKLUNG FÜR WECHSELRICHTER

Anwendung aktueller Softwarestandards und Entwicklungsmethoden

• Entwurf der high-level Software-Architektur
• RTOS-konforme DSP/uC-Firmware und FPGA-HDL-Code
• Entwicklung portabler Anwendungssoftware

Standards & gesetzliche Rahmenbedingungen für Wechselrichter – international & in der EU

Die Einhaltung von nationalen und internationalen Netzanschlussregeln ist von entscheidender Bedeutung für die Integration von On-Grid-Wechselrichtern in Stromnetze. Diverse Normen und gesetzliche Vorgaben legen die Anforderungen für sicheren und effizienten Betrieb fest.

EN 50549-1/2/10 definiert die Anforderungen an Erzeugungsanlagen, die parallel zu Verteilungsnetzen angeschlossen werden. In Deutschland sind VDE AR N 4105, VDE 0124-100, VDE AR N 4110, FGW TR3 und VDE 0126-1-1 maßgeblich für die Netzanschlussregelungen. Österreich hält sich an die OVE R 25.

IEC 62116 ist eine internationale Norm für stromversorgungsverbundene Photovoltaik-Wechselrichter und legt Prüfverfahren fest, um die Bildung von Inseln zu verhindern. Internationale Prüfnormen, wie IEC, UL 1741 und IEEE 1547.1, sind durch Partnerschaften mit globalen Zertifizierungsanbietern verfügbar.

Zusätzlich zu den Anschlussnormen sind EMV-Prüfungen, Störfestigkeitsprüfungen, Sicherheitsprüfungen und Fehleranalysen relevanter Komponenten von Leistungsumwandlungssystemen entscheidend. Diese Prüfungen gewährleisten nicht nur die Konformität mit den gesetzlichen Bestimmungen, sondern auch die Robustheit und Zuverlässigkeit der On-Grid-Wechselrichter in unterschiedlichen Betriebsszenarien.

Die Einhaltung dieser Standards und gesetzlichen Rahmenbedingungen ist essenziell, um eine sichere und effiziente Integration von On-Grid-Wechselrichtern in nationale und internationale Stromnetze zu gewährleisten.

Prüfung der Einhaltung von nationalen und internationalen Netzanschlussregeln

Unser Leistungsspektrum:

• EN 50549-1/2/10
• VDE AR N 4105, VDE 0124-100 (Deutschland)
• VDE AR N 4110, FGW TR3 (Deutschland)
• VDE 0126-1-1 (Deutschland)
• OVE R 25 (Österreich)
• IEC 62116
• Internationale Prüfnormen (IEC, UL 1741, IEEE 1547.1 usw.) verfügbar durch Partnerschaft mit globalen Zertifizierungsanbietern.
• EMV-Prüfungen, Störfestigkeitsprüfungen, Sicherheitsprüfungen und Fehleranalysen relevanter Komponenten von Leistungsumwandlungssystemen