Netzseitige Umrichterregelung in Microgrids und Microgrid-Verbundnetzen

Die Energiewende erfordert einen Paradigmenwechsel bei der Regelung elektrischer Energienetze. Während in der Vergangenheit ein Großteil der elektrischen Energie in großen Kraftwerken auf der Höchstspannungsebene erzeugt wurde und das Energienetz daher "von oben" geregelt werden konnte, ist absehbar, dass in Zukunft immer mehr Energie durch kleine Anlagen dezentral erzeugt wird. Die Regelung des Netzes muss dann "von unten" her geschehen. Im Prinzip lassen sich viele der für die Regelung des konventionellen Energienetzes verwendeten Konzepte auf die Niederspannungsebene übertragen. Während im konventionellen Energienetz jedoch nur wenige große Kraftwerke zu koordinieren sind, müssen im Energienetz der Zukunft Myriaden kleiner Anlagen gemeinsam agieren, um die Regelziele umzusetzen. Diese Komplexitätszunahme stellt eine große Herausforderung dar. Seit etwa der Jahrtausendwende wird das Microgrid-Konzept als ein wesentliches Bauteil angesehen, um das Teile-und-herrsche-Prinzip auf die Regelung von Energienetzen zu übertragen und der Komplexitätszunahme entgegenzusetzen. Der Grundgedanke lautet etwa so: Wenn jedes Microgrid für sich funktionsfähig ist, sollte das Zusammenschalten der Microgrids zu größeren Netzen keine allzu große Herausforderung mehr darstellen. Sollte es im Gesamtnetz doch zu Schwierigkeiten kommen, können die Microgrids sich vom Gesamtnetz trennen und die Energieversorgung ist weiterhin gewährleistet. Die vorliegende Arbeit handelt von genau diesem Konzept für umrichterbasierte Energienetze. Es werden von Grund auf die wichtigsten Regelkreise diskutiert, die für den Betrieb eines Microgrids im Inselmodus erforderlich sind. Dann wird sich dem Zusammenschalten von Microgrids zu Microgrid-Verbundnetzen zugewandt. Durch eine Kaskadenregelung können die schon für die Regelung eines Microgrids entwickelten Algorithmen auf die Regelung von Microgrid-Verbundnetzen übertragen werden. Die Kaskadierung kann beliebig fortgesetzt werden, um Microgrid-Verbundnetze zu noch größeren Energienetzen ...