Untersuchungen zur Stützung des Versorgungsnetzes mit Doppelschichtkondensatoren

Abstract:
Doppelschichtkondensatoren besitzen als Energiespeicher aufgrund ihrer hohen Leistungsdichte und schnellen Reaktionszeit die Eignung, das elektrische Drehstromnetz durch den Ausgleich von Spannungseinbrüchen, Netzflickern, Transienten und Oberschwingungen zu stützen [1]. Die Aufgabenstellung zur Verbesserung der Netzqualität bezieht sich zu einem großen Teil darauf, für relativ kurze Zeiträume (Millisekunden bis Sekunden) mit dem Netz Wirk- und Blindleistung auszutauschen. Der Anschluss des Energiespeichers an einen netzseitigen Wechselrichter erfordert aufgrund des quadratischen Zusammenhanges zwischen Spannung und gespeicherter Energie den Einsatz eines bidirektionalen Gleichstrom Hoch-Tiefsetzstellers [2]. Als zweiter Schritt wurde ein Wechselrichter zur Ankopplung an ein vorhandenes dreiphasiges 400 V/50 Hz-Netz mit geeigneter Steuerung und Regelung gebaut und in Betrieb genommen. Ein weiterer Kernpunkt der vorliegenden Arbeit bestand in der Ermittlung der Leistung und des Energieinhaltes des zur Netzglättung ausgelegten Speichers. Als konkretes Anwendungsbeispiel hierfür wurde das Lastprofil einer Wohnsiedlung messtechnisch ermittelt; dieses Lastprofil sollte im Minutenbereich geglättet werden. Mit Hilfe eines Kaskadenreglers – geregelt werden die Leistung und der Energieinhalt – konnte eine optimale Ausnutzung der Energiemenge des Speichers bzw. eine sinnvolle Netzglättung des Siedlungslastgangs realisiert werden. Die entwickelte Strategie versucht, die vom Speicher aufgenommenen und abgegebenen Energiemengen langfristig in einem Gleichgewicht zu halten. Dadurch können die erforderliche Speicherkapazität und die erforderlichen Investitionskosten reduziert werden. Der Energie-Regler wurde als eine überlagerte Regelschleife – als ein Sollwert – für die Regelung des Gesamtsystems (Speicher, Hoch-Tiefsetzsteller und Wechselrichter) ausgelegt. Dabei wurden mehrere Regelkonzepte betrachtet und deren Verhalten rechnergestützt simuliert. Zusätzlich wird das Verhalten des Gesamtkonzepts (Speicher, Hoch-Tiefsetzsteller und Wechselrichter) bei der Netzstützung während des Anlaufs einer Asynchronmaschine modelliert. Simuliert wurde die Verbesserung der Netzqualität im Millisekundenbereich durch die dynamische Nutzung des Doppelschichtkondensator-Speichers im Netzparallel-Betrieb. Die Arbeit endet mit einer Zusammenfassung der wichtigsten Ergebnisse zum Thema „Einsatz von Doppelschichtkondensatoren zur Netzglättung bzw. Netzstützung“. Als Ausblick wird das Konzept sowohl als stationärer Lösungsansatz als auch zur mobilen Anwendung bei Elektrofahrzeugen zur Verbesserung der Netzstabilität diskutiert [3].