Wie lassen sich Stromnetze mit wachsendem Anteil erneuerbarer Energien stabil und sicher betreiben?
Im Verbundprojekt LI-SA entwickelt das Fraunhofer IOSB-AST modulare Assistenzsysteme zur dynamischen Sicherheitsbewertung für Übertragungsnetze mit geringer Systemträgheit.
Der fortschreitende Ausbau erneuerbarer Energien verändert die physikalischen Eigenschaften des europäischen Verbundnetzes grundlegend. Konventionelle Großkraftwerke, deren rotierende Massen bislang für eine natürliche Systemträgheit sorgen, werden zunehmend durch stromrichterbasierte Erzeugungsanlagen ersetzt. Dadurch sinkt die verfügbare Trägheit im Netz – ein Umstand, der die Gewährleistung der Frequenz- und Spannungsstabilität vor neue Herausforderungen stellt. Für Übertragungsnetzbetreiber gewinnt die dynamische Netzsicherheitsbewertung (Dynamic Security Assessment, DSA) in Echtzeit daher massiv an Bedeutung.
Das Fraunhofer IOSB-AST bringt seine langjährige Expertise in den Bereichen Energiesystemtechnik, Leitsystementwicklung und Echtzeitsimulation in das Projekt ein. Im Mittelpunkt der Arbeiten am IOSB-AST stehen folgende Schwerpunkte:
Modulare DSA-Systemarchitektur und Prototypenentwicklung - Das Gesamtsystem gliedert sich in drei miteinander gekoppelte Teilsysteme:
Durch den modularen Aufbau können einzelne DSA-Komponenten flexibel kombiniert und auf spezifische Stabilitätsfragestellungen zugeschnitten werden – sowohl auf Hardware- als auch auf Softwareebene. Die Plattform eignet sich für Tests an Referenz- und Kundennetzen und kann perspektivisch mit realen Betriebsdaten aus Netzleitsystemen gekoppelt werden.
Online-Bewertung der Systemträgheit Am IOSB-AST werden Verfahren erforscht, mit denen sich die Systemträgheit in Verbundnetzen mit hohem Anteil erneuerbarer Erzeugung kontinuierlich überwachen und prognostizieren lässt. Auf Basis von Messdaten und modellgestützten Schätzverfahren wird eine laufende Bewertung der Frequenzstabilität ermöglicht.
Berücksichtigung aktiver Verteilungsnetze Da ein wachsender Anteil der Stromerzeugung auf Verteilungsnetzebene stattfindet, müssen deren dynamische Eigenschaften in die Betriebsführung der Übertragungsnetze einfließen. Hierfür werden Methoden zur Abbildung der Verteilungsnetzdynamik entwickelt – unter anderem über dynamische Netzäquivalente, die auf detaillierten Modellen basieren und im laufenden Betrieb aktualisiert werden.
Integration von EMT-Modellen und digitalen Zwillingen Gemeinsam mit den Projektpartnern wird die Integration elektromagnetischer Transientensimulation (EMT) in die Echtzeit-Netzüberwachung vorangetrieben. Mithilfe digitaler Zwillinge werden Simulationsergebnisse kontinuierlich mit realen Netzmessungen abgeglichen. Verfahren der Künstlichen Intelligenz kommen zum Einsatz, um dynamische Modellparameter automatisiert an veränderte Betriebszustände anzupassen.
Dieses Projekt wird gefördert durch das Bundesministerium für Wirtschaft und Klimaschutz und betreut durch den Projektträger Jülich (FKZ 03EI4059A).
Institutsteil Angewandte Systemtechnik AST des Fraunhofer IOSB