Netzbildender Wechselrichter
Wechselrichter, der Spannung und Frequenz selbst vorgibt. Er verhält sich wie eine Spannungsquelle, kann schwache Netze stabilisieren und synthetische Trägheit bereitstellen.
Die meisten Wechselrichter in Solar-, Wind- und Batterieanlagen sind netzfolgend: Sie verfolgen mit einer Phasenregelschleife (PLL) die vorhandene Netzspannung und speisen phasengleich Strom ein. Dafür brauchen sie eine stabile Spannungskurve, die Synchronmaschinen erzeugen. Ein netzbildender Wechselrichter (GFM) verhält sich dagegen wie eine geregelte Spannungsquelle hinter einer Impedanz und gibt Spannungsbetrag und Phasenwinkel selbst vor, ganz ähnlich wie ein Synchrongenerator.
Gängige Regelverfahren sind Statikregelung, die Nachbildung einer virtuellen Synchronmaschine (VSM) und die regelbare virtuelle Oszillatorregelung. Damit können solche Wechselrichter:
- sofort auf Phasensprünge und Frequenzänderungen reagieren und so synthetische Trägheit liefern,
- stabil in schwachen Netzen mit niedrigem Kurzschlussverhältnis (SCR unter 3) arbeiten,
- Microgrids im Inselbetrieb versorgen und unter Umständen einen Schwarzstart ermöglichen,
- Schwingungen dämpfen und die Spannung bei Fehlern stützen.
Begrenzt wird das Ganze durch den Strom: Leistungshalbleiter liefern im Fehlerfall meist nur das 1,1- bis 1,5-Fache des Nennstroms, Synchronmaschinen dagegen das 5- bis 7-Fache. Am häufigsten kommen deshalb Batteriespeicher mit Leistungsreserve zum Einsatz. Bekannte Projekte sind die Nachrüstung der Hornsdale Power Reserve in Südaustralien (virtueller Maschinenmodus, 2022), Kapolei auf Hawaii und mehrere australische BESS-Projekte. In Großbritannien hat NESO eine GB-Grid-Forming-Spezifikation und Ausschreibungen für Netzstabilität eingeführt; AEMO, ERCOT und NERC erarbeiten Leistungsanforderungen für GFM.
Verwandte Begriffe
Alle Begriffe →- Trägheit (Momentanreserve)
Die in synchron rotierenden Generatoren und Motoren gespeicherte Bewegungsenergie, die plötzlichen Änderungen der Netzfrequenz entgegenwirkt.
- Netzfrequenz
Die Frequenz, mit der der Wechselstrom in einem Stromnetz die Richtung wechselt (50 oder 60 Hz). Sie zeigt das momentane Gleichgewicht von Erzeugung und Verbrauch an.
- BESS (Batteriespeichersystem)
Komplette Batterieanlage am Netz oder an einem Standort, mit Zellen, Batteriemanagement, Leistungselektronik, Thermomanagement und Steuerung.
- Microgrid (Inselnetz)
Ein lokal abgegrenzter Verbund aus Erzeugern, Speichern und Verbrauchern, der am öffentlichen Netz oder eigenständig im Inselbetrieb laufen kann.
- Schwarzstart
Wiederaufbau eines Stromnetzes nach einem vollständigen oder teilweisen Blackout mit Anlagen, die ohne Strom aus dem Netz anfahren können.
- Fluktuierende erneuerbare Energien (VRE)
Erneuerbare Erzeugung, die mit Wetter und Tageszeit schwankt, vor allem Wind und Photovoltaik, und sich nicht vollständig nach Bedarf abrufen lässt.