Schräder, Johannes

Impedance-based analysis methods enable a more specific and earlier foundation for assessing harmonic stability in decentralized converter-based power plants compared to the conventional compliance testing in the grid connection process. Essentially, they can be implemented as black-box model approaches without the necessity to disclose internal control models. Initially, only knowledge of the input impedances of the planned grid connection point and the planned PV system is required for application. For this purpose, the method of impedance spectroscopy for inverters has already been developed as a means to determine the effective impedance profile and the internal harmonic sources of inverters, allowing for the description of the frequency-dependent behavior of individual units. The time- and frequency-dependent grid impedance at the grid connection point (GCP) has also been successfully measured in several campaigns on medium and low-voltage grids. Through the coordinated application of both measurement methods, a predictive harmonic assessment is intended in the future, ensuring high planning reliability and grid quality even in grids with a high penetration of power electronics-coupled systems. This paper provides an overview of the current state of research on impedance-based stability criteria and presents measurement methods for practical implementation. Furthermore, it outlines remaining open questions until application in the field.

Die Übertragungskapazitäten von Freileitungen und Energiekabeln werden durch thermische Modelle bestimmt, die konservative und statische Grenzwerte mit substantiellen Sicherheitsfaktoren festlegen. Ungenutzte Potenziale verstärken die Kapazitätsengpässe der Netzinfrastruktur. Um die Überlastung von Betriebsmitteln zu verhindern, werden die teuren und nicht-ökologischen Maßnahmen des Netzengpassmanagements eingesetzt (Redispatch, Einspeisemanagement und Netzreservekraftwerke). Dieser Beitrag untersucht, inwiefern sich Erhöhungen der Übertragungskapazitäten auf den Einsatz des Netzengpassmanagements auswirken. In der 50Hertz-Zone wurde festgestellt, dass eine statische Erhöhung der Übertragungskapazität um durchschnittlich 7,86 % bzw. 3,83 % für 220 kV- bzw. 380 kV-Systeme ausreicht, um mindestens 50 % der Einspeisungsreduktion zu verhindern. Um 90 % der Reduktion zu verhindern, sind durchschnittlich 23,70 % bzw. 11,90 % für 220 kV- bzw. 380 kV-Systeme notwendig. Bereits geringe Erhöhungen der Energieübertragungskapazität führen folglich zu signifikanten Reduktionen des Netzengpassmanagements.

Die Untersuchung physisch großer oder ausgedehnter Systeme in Laborumgebungen erfordert häufig eine Reduktion ihrer Komplexität und Dimension, um den räumlichen Kapazitäten gerecht zu werden. Die Reduktionen und Anpassungen müssen system- und untersuchungsspezifisch gewählt werden, um das relevante Verhalten nicht unproportional zu verändern. Es wird dargestellt, welchen Einfluss die Anordnung langer Energieübertragungskabel auf deren elektrische Eigenschaften hat und inwiefern an Labormaßstäbe angepasste Untersuchungen in Laborumgebungen valide Rückschlüsse auf Realsysteme zulassen. Dazu wurden zwei 500 m lange Koaxialkabel unter Berücksichtigung von drei unterschiedlichen Aufbauarten vermessen. Dabei wurde festgestellt, dass die aufbauabhängigen Systemeigenschaften vorrangig durch die Veränderung der Gegeninduktivität und Systemgeometrie beeinflusst wurden. Die Frequenz der Resonanzstelle und deren Höhe haben sich durch diese Einflüsse verändert. Die qualitative Beschreibung der gemessenen Effekte liefert wichtige Hinweise für die valide Abbildung von Realsystemen in Laborumgebungen.

Verfahren zur optimierten Netzanschlussplanung basierend auf dem impedanzbasierten Stabilitätskriterium liefern neue Daten in der Planung von wechselrichterbasierten Kraftwerken. Mit dem Verfahren der Impedanzspektroskopie von Wechselrichtern wurde bereits eine Methode zur Bestimmung des wirksamen Impedanzverlaufs und der internen OS-Quellen von Wechselrichtern entwickelt, womit sich das frequenzabhängige Verhalten einzelner Einheiten beschreiben lässt. Die zeit- und frequenzabhängige Netzimpedanz am Netzanschlusspunkt (NVP) konnte ebenfalls bereits erfolgreich in mehreren Messkampagnen an Mittel- und Niederspannungsnetzen gemessen werden. Durch koordinierte Anwendung der beiden Messverfahren soll zukünftig eine prädikative Oberschwingungsbewertung und dadurch eine hohe Planungssicherheit und Netzqualität, auch in Netzen mit einer hohen Durchdringung leistungselektronisch gekoppelter Anlagen, gewährleistet werden. In dem im April 2023 gestarteten Projekt „ImaStabil“ soll nun die Methode der Impedanzspektroskopie zur Analyse von Resonanzen und Oberschwingungen von der Einheiten- auf die Anlagenebene weiterentwickelt werden. Durch Feldmessungen in realen PV-Kraftwerken und Netzen soll der Nutzen der Verfahren für die Qualitätssicherung bei der Planung von PV-Kraftwerken validiert werden.

New concepts for the future grid and the energy supply also demand changes in future emergency power supply solutions. It is often not possible to simply replace conventional diesel generators with renewable energy sources. In order to make alternative emergency power supplies viable in the real world, new procedures and structures are needed. A basic distinction is made between stationary and mobile emergency power supplies. Stationary emergency power systems may be found in hospitals, large server farms and other critical infrastructure. The mobile emergency power systems, such as those used by the Technical Relief Agency (THW) or the fire brigade, can be used much more flexibly. One conceptual idea is to use existing electric bus fleet infrastructures as a mobile emergency power supply. This green alternative could replace the conventional diesel generators used today. This paper investigates the use of electric bus fleets as mobile energy storages for emergency power supply usecases. The goal is to examine the general need for buses to be used in a case of emergency power supply, the possible area of coverage depending on the distributed bus depots in Hamburg and the effects on the power requirements of the depots.

The time- and frequency-variant impedance is gaining importance as a necessary parameter to describe and determine systems and devices. There is a multitude of use-cases ranging from structural health monitoring to PLC applications. Many measuring concepts have been developed and were implemented in prototypes and first commercial solutions. In regard to the power-flow, all active concepts may be divided into either source-based systems, which actively feed a current into a measuring setup, or load-based approaches, which switch passive loads and therefore draw a current from the setup. The main objective of this paper is to compare and distinguish the two basic concepts within a controlled laboratory environment by switching between a constant and a sub-periodically influenced load scenario.