Beherrschung der Rasterbildung im Vergleich zur Rasterverfolgung in Echtzeit Tests

Wichtigste Erkenntnisse

• Der Nachweis der Netzkonformität und Netzstabilität für einen netzbildenden Wechselrichter sollte auf der Grundlage eines einzigen Modells, eines einzigen Reglers und eines einzigen Satzes von Ablaufsequenzen erbracht werden.
• Die IEEE-1547-Sequenzen bestätigen die Leistung der Endgeräte, während die Reaktion auf Phasensprünge, die Strombegrenzung und die Schwachgitterreserve Gegenstand weiterer Tests sind.
• Ein EMT-Modell, bei dem der Produktionsregler in den Regelkreis eingebunden ist und mit großräumigen Randbedingungen gespeist wird, ermöglicht es, den gesamten Sequenzsatz bei jeder Firmware-Version erneut auszuführen.

Ein netzbildender Wechselrichter Tests erfüllt seine Aufgabe, wenn eine Testreihe nachweist, dass der Wechselrichter auch bei schwachem Netz stabil bleibt und alle vom Netzanschlussstandard geforderten Testsequenzen besteht.

Diese beiden Ziele werden in der Regel von unterschiedlichen Teams mit unterschiedlichen Modellen verfolgt, und genau hier beginnen die Probleme. Ein netzgebundener Wechselrichter verhält sich wie eine Spannungsquelle hinter einer Impedanz, sodass sein Verhalten bei einem Fehler oder einem Phasensprung auf einem Regelalgorithmus beruht, der sich nicht anhand der Typenschildangaben beschreiben lässt.

Die Kosten, die durch das Überspringen dieses Schritts entstehen, sind bereits dokumentiert. Bei zehn größeren Störungen seit 2016 verzeichnete die NERC einen unerwarteten Leistungsabfall von fast 15.000 MW bei Wechselrichter-basierten Anlagen, und dieselbe Untersuchung ergab Lücken bei den Modellen und den Schutzparametern in den untersuchten Anlagen. Der Nachweis der Konformität und der Stabilität sollte aus einem einzigen Modell, einem einzigen Regler und einem einzigen Satz von Abläufen stammen.

Was das Netzkopplungs-Wechselrichter- Tests , zu beweisen hat

Ein netzbildender Wechselrichter Tests muss drei Dinge nachweisen: Der Wechselrichter hält seine Spannungs- und Frequenzsollwerte über den gesamten Betriebsbereich ein, er bleibt stabil, wenn im Fehlerfall die Strombegrenzung einsetzt, und er erfüllt alle Leistungssequenzen der geltenden Netzanschlussnorm. Ein Prüfplan, der nur einen dieser drei Punkte abdeckt, lässt eine Lücke offen.

Stellen Sie sich einen Batterie-Wechselrichter vor, der eine virtuelle Synchronmaschinensteuerung mit der Hälfte seiner Nennleistung betreibt, wenn der Netzspannungswinkel um 30 Grad springt. Eine Spannungsquelle reagiert innerhalb des ersten Zyklus und schickt Strom, um dem Sprung entgegenzuwirken. Da ihre Halbleiter nur eine geringe Marge über dem Nennstrom führen können, greift der Begrenzer fast sofort ein. Was der Regler in den nächsten Zyklen tut, entscheidet über den Ausgang.

Deshalb müssen die Erfolgskriterien vor dem ersten Durchlauf mit Zahlen hinterlegt werden. Sie benötigen eine festgelegte Reaktionszeit, einen Dämpfungszielwert für die darauf folgende Leistungsschwingung sowie eine Regel dafür, wie schnell der Wechselrichter den Strombegrenzungsmodus verlassen muss. Ein Kriterium, das lediglich verlangt, dass der Wechselrichter stabil bleibt, lässt sich nicht überprüfen.

Wie sich netzbildende „ Tests “ von netzfolgendem „ “ unterscheidet Tests

Der Hauptunterschied zwischen netzbildenden und netzfolgenden Wechselrichtern Tests liegt in der Referenz, auf die sich der jeweilige Wechselrichter stützt. Ein netzfolgender Wechselrichter misst die Netzspannung über eine Phasenregelschleife und speist Strom entgegen dieser Spannung ein, sodass seine Tests die Nachführung überprüfen. Ein netzbildender Wechselrichter legt seine eigene Spannung und Frequenz fest, sodass seine Tests überprüfen, was geschieht, wenn das Netz von dieser Referenz abweicht oder ausfällt.

Das „Islanding“ verdeutlicht diese Unterscheidung. Die Norm IEEE 1547 sieht vor, dass eine Anlage eine unbeabsichtigte Inselbildung erkennt und die Stromversorgung innerhalb von 2 Sekunden unterbricht. Eine als Netzbildner zugelassene Anlage, die für den Betrieb in einer beabsichtigten Inselkonfiguration zugelassen ist, muss hingegen die Spannung für die zurückbleibenden Lasten aufrechterhalten. Ein und dasselbe Ereignis führt zu zwei gegensätzlichen Bestehenskriterien, und Ihr Prüfplan muss festlegen, welches davon an jedem Standort gilt.

Wo die IEEE 1547- Tests en für netzbildende Wechselrichter enden

Die Norm IEEE 1547 „ Tests “ für netzbildende Wechselrichter bestätigt, dass für diese die gleichen Anschlussleistungen gelten wie für alle anderen an das Verteilernetz angeschlossenen Energiequellen. IEEE 1547-2018 legt die Anforderungen fest, während IEEE 1547.1-2020 die Prüfverfahren für Durchhaltefähigkeit, Spannungsregelung, Frequenzantwort, Inselbetrieb und Interoperabilität definiert. Keines der beiden Dokumente bewertet die Eigenschaften, die einen Wechselrichter netzbildend machen.

Nehmen wir eine Spannungsdurchhalte-Sequenz als Beispiel. Das Gerät bleibt während des Spannungsabfalls angeschlossen, die Auslösezeiten werden eingehalten und das Ergebnis ist „bestanden“. Aus diesem Protokoll geht jedoch nicht hervor, ob der Wechselrichter weiterhin als Spannungsquelle fungierte oder in einen stromgesteuerten Modus mit anderen Stabilitätseigenschaften überging. 

„Zwei Firmware-Builds mit sehr unterschiedlichen Schwachstellen-Margen können dasselbe Zertifikat erzeugen.“

Netzgekoppelte Anlagen entsprechen der Norm IEEE 2800-2022 und dem Netzkodex des Netzbetreibers; darüber hinaus veröffentlichen mittlerweile mehrere Betreiber zusätzlich Spezifikationen zur Netzstabilisierung. Diese ergänzen die bisher fehlenden Prüfkriterien, darunter das Phasensprungverhalten, die Leistung bei niedrigem Kurzschlussverhältnis sowie den Betrieb nach dem Abschalten der letzten Synchronmaschine.

Betrachten Sie IEEE 1547 als Mindestanforderung. Es handelt sich um einen notwendigen Nachweis, der jedoch niemals als alleinige Grundlage für die Stabilität gedacht war.

Welche Methoden zur Stabilitäts Tests bei schwachen Gittern decken Steuerungsprobleme auf?

Tests -Verfahren zur Verbesserung der Netzstabilität funktionieren, indem sie das Kurzschlussverhältnis am Netzanschlusspunkt schrittweise verringern und bei jedem Schritt dieselben Störungen wiederholen. Dieser Ansatz deckt Regelungsprobleme auf, da sich die Sicherheitsreserve allmählich verringert, sodass man beobachten kann, wie die Schwingung zunimmt, bevor der Wechselrichter abschaltet.

Die Herausforderungen nehmen mit dem Ausbau zu. Batteriespeicher, die üblicherweise für die Netzformungssteuerung eingesetzt werden, machen 28 % der 86 GW Erzeugungskapazität aus, die US-amerikanische Entwickler bis 2026 hinzufügen wollen, und jedes dieser Projekte wird unter Berücksichtigung der Netzfestigkeit seines jeweiligen Netzanschlusspunkts untersucht. Im Rahmen einer praktischen Kampagne werden fünf Methoden angewendet.

• Durchlauf des Kurzschlussverhältnisses von einem starren Raster bis hinunter zum schwächsten plausiblen Fall.
• Phasensprungstufen mit zunehmender Größe bei jeder Gitterstärke.
• Symmetrische und asymmetrische Fehler mit Wiederherstellung des geschwächten Netzes.
• Impedanzmessungen über den gesamten Frequenzbereich hinweg dienen dazu, schlecht gedämpfte Resonanzen zu lokalisieren.
• Geplante Übergänge zwischen netzgebundenem und Inselbetrieb.

Führen Sie den Durchlauf in beide Richtungen durch. Eine auf der Durchhangregelung basierende Gitterformungssteuerung verhält sich bei einem niedrigen Kurzschlussverhältnis in der Regel gut, kann jedoch bei einem sehr steifen Gitter an Dämpfung verlieren – was genau das Gegenteil dessen ist, was die Erfahrung mit der Gitternachführung lehrt. Teams, die sich auf das schwache Ende beschränken, stellen dies erst bei der Inbetriebnahme fest.

Warum für Compliance-Sequenzen ein elektromagnetisches Transientenmodell erforderlich ist

Für Compliance-Sequenzen ist ein Modell für elektromagnetische Transienten (EMT) erforderlich, da die Ereignisse, die über das Ergebnis der Netzbildung entscheiden, nur wenige Millisekunden dauern. Die Strombegrenzung, die Reaktion auf Phasensprünge und die Fehlerbehebung finden alle innerhalb von ein oder zwei Zyklen statt. 

„Ein Phasormodell bildet über dieses Fenster einen Mittelwert, sodass es ein einwandfreies Ergebnis für ein Verhalten liefert, das es nie berechnet hat.“

Die Controller- hardware „In the Loop“ setzt dies in die Praxis um. Der Produktionscontroller wird an eine simulierte Einspeisequelle, einen Transformator und eine Umrichterstufe angeschlossen, die in Echtzeit berechnen, und ein Skript führt nacheinander alle Ride-Through- und Störungssequenzen durch. Bei der zu testenden Firmware handelt es sich um die ausgelieferte Firmware.

Der Vorteil liegt in der Wiederholbarkeit. Eine vollständige Sequenz kann nach jeder Firmware-Änderung über Nacht bei jeder Netzstärke mit identischen Ausgangsbedingungen erneut ausgeführt werden.

Es gibt eine Grenze, die Sie bei Ihrer Planung berücksichtigen sollten. Zertifizierungs Kategorie stests finden nach wie vor auf physischer Hardware statt, und die simulierte Leistungsstufe muss anhand von Messwerten validiert werden, bevor man ihren Spielräumen vertrauen kann. Das Modell beweist seinen Nutzen, wenn es die Laborversuche auf die wirklich relevanten Fälle eingrenzt.

Wie der übergeordnete Kontext das Ergebnis eines Rastertests beeinflusst

Weiträumige Kontextveränderungen beeinflussen das Ergebnis eines Rastertests, da ein einzelner Wechselrichter, der gegen eine ideale Quelle getestet wird, niemals mit seinen Nachbarn in Kontakt kommt. Tatsächliche Störungen treten in Form von Frequenzschwankungen, Spannungswinkelverschiebungen und langsamen Schwingungen auf, die von Hunderten von Maschinen und anderen Wechselrichtern verursacht werden. Ein Regler, der gegenüber einer festen Quelle gut gedämpft erscheint, kann unter diesen Bedingungen schlecht reagieren.

Betrachten wir eine 200- MW-Speicheranlage, die im Hinblick auf den Ausfall eines großen Generators untersucht wird, der zwei Umspannwerke entfernt liegt. Ein Phasor-Domänen-Modell der Region ermittelt den Frequenzabfall und die Phasenverschiebung an der Anlagegrenze, und das detaillierte Modell bildet diesen Verlauf im Vergleich zum Regler nach. Mit den OPAL-RT-Tools erfolgt die Arbeitsaufteilung auf natürliche Weise: ePHASORSIM übernimmt das großräumige Netz, während „ HYPERSIM “ die EMT-Details rund um den Wechselrichter abdeckt. Sie erhalten Randbedingungen, die eine Netzkodestudie erkennen würde, sowie die Details im Subzyklusbereich, die diese Studie nicht auflösen kann.

So sieht eine stichhaltige Bilanz zur Einhaltung der Vorschriften aus

Ein nachvollziehbares Protokoll zur Einhaltung der Netzanforderungen verknüpft jede Anforderung mit einer Sequenz, einer Wellenform und einer Modellversion. Jeder, der das Protokoll überprüft, kann eine Klausel aus IEEE 1547 oder dem Netzkodex auswählen, den entsprechenden Test finden und die Reaktion des Reglers bei jeder Netzstärke einsehen.

Diese Bilanz beruht eher auf Gewohnheit als auf Heldentaten. Teams, die bei jeder Firmware-Veröffentlichung den gesamten Testablauf erneut durchlaufen, erkennen die Optimierungsänderung, die eine schwache Netzschwankung behoben und dabei unbemerkt den „Ride-Through“-Modus außer Kraft gesetzt hat. Teams, die vor der Inbetriebnahme nur einmal testen, erfahren davon in der Regel erst durch einen Energieversorger.

Wir würden argumentieren, dass die Disziplin wichtiger ist als die Werkzeuge, auch wenn diese natürlich mithalten müssen. Ingenieur:innen , die mit OPAL-RT-Simulatoren arbeiten, neigen dazu, das Modell als langlebiges Gut zu betrachten, das validiert, versioniert und vom Entwurf bis zur Inbetriebnahme wiederverwendet wird. Dank dieser Vorgehensweise kann man einen Konformitätsbericht unterzeichnen und trotzdem ruhig schlafen, wenn das Netz schwächer wird, als in der Studie angenommen.