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Smart Grids stellen völlig neue Anforderungen

Mit dem Einsatz von erneuerbaren Energien und der Dezentralisierung der Stromerzeuger findet gerade eine dramatische Änderung bei den elektrischen Energienetzen statt. Dies führt zu einem neuen Layout des Versorgungssystems, was sich letztendlich als Smart Grid etabliert. Smart Grids haben neue Systemanforderungen für Automatisierung, Kommunikation und die Netzqualität zur Folge.

Die größte Herausforderung ist dabei, eine dynamische Steuerung für konventionelle Kraftwerke und für die Netze (Grid) von der TSO-Ebene (Transmission System Operator) bis in die Nieder- und Mittelspannungsnetzebene, der DSO-Ebene (Distribution System Operator) zu etablieren. Derartige Funktionalitäten sind ebenfalls in den elektronischen Leistungswechselrichtern und in den Steuerfunktionen bei den dezentralen Synchrongeneratoren zu implementieren.

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Zusätzlich müssen die Automationssysteme für die DSO-Ebene an diese neuen Anforderungen angepasst werden. Die Automatisierungs-Unterstationen müssen mit dieser neuen Grid-Funktionalität versehen werden. Deshalb steigt die Nachfrage nach neuen Smart-Grid-orientierte Lösungen, die flexibel, anpassbar, nachhaltig und kostengünstig sind – was letztlich auch auf der Hand liegt.

Alte und neue Systeme müssen sich vertragen

Allerorts arbeitet man jetzt an innovativen Technologien um die Integration der verteilten, erneuerbaren Energieerzeuger in das globale Energienetz zu bewerkstelligen. Einen Schwerpunkt bildet dabei die Bemühung um Koexistenz der neuen, dezentralen Systeme mit den konventionellen Kraftwerken. Hier wird überblicksmäßig eine Lösung aufgezeigt, die diese komplexe Anforderung der Zukunft erfüllen kann.

HGE 15, der Grid Emulator zur polyfunktionalen Netz-Simulation

Auf der PCIM in Nürnberg im Mai 2015 wurde erstmals das System HGE15 (HEIDEN Grid-Emulator), ein innovativer Grid Emulator zur polyfunktionalen Netz-Simulation, dem interessierten Fachpublikum auf dem HEIDEN-Messestand vorgestellt. Dieses System schafft eine Synergie aus einer vielfach bewährten, bidirektionalen DC-Versorgung, die einen 750-V_DC-Zwischenkreis speist und aktuell fünf intelligenten ETIP (Energy Technology Intellectual Property) Umrichtern.

Die Modularität des ETIP erlaubt Leistungen von 25 bis über 200 kVA. Ausgangsspannung und Frequenz werden dabei an zu emulierende Netze angepasst. Die Primärregelung mit Einbindung von Netzstatik, die Abbildung von Kraftwerksfunktionalitäten, die Sekundärregelung im Verbundnetz oder bei Inselnetzbildung⁽¹⁾ sowie intelligente, frei definier- und programmierbare droop-Funktionen und die Schwarzstartfähigkeit⁽²⁾ zeichnen den Grid-Emulator HGE15 aus.

Ansteuerung in vektorbasierender Raumzeigermodulation

Dieses besonders leistungsfähige System hebt sich durch die Ansteuerung in vektorbasierender Raumzeigermodulation (Space Vector Modulation SVM) von klassischen Pulsumrichtern mit PWM-Sinusmodulation ab. Dabei stellt dieses FPGA-basierende System keinen klassischen, bidirektionalen Inverter mit proprietärer Soft- und Firmware dar. Es stellt vielmehr eine neue Entwicklungsplattform zur Verfügung, mit der Ideen verwirklicht und immer aktuelle, am Puls der Zeit angepasste, innovative Lösungen für neue Herausforderungen umgesetzt werden können. Damit sind zukunftsorientierte Unternehmen schon jetzt für den immer schneller voranschreitenden, technologischen Wandel gewappnet. Sie können so den globalen Megatrends in der dezentralisierten Versorgungs-Infrastruktur mit Produktneuheiten folgen.

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