Tests zur Unter spannungsüberbrückung Tests netzgekoppelte Wechselrichter

Wichtigste Erkenntnisse

• Die Entscheidung über das Bestehen oder Nichtbestehen eines LVRT-Tests hängt von der genauen Spannungs-Zeit-Kurve des Netzbetreibers ab und nicht von einem generischen Einbruchtest.
• Die Genauigkeit der Wellenform, die zeitliche Synchronisation und die Rückkopplungsprüfungen entscheiden darüber, ob ein Testergebnis während der Inbetriebnahme Bestand haben wird.
• Schutz-Einstellungen und Messdefinitionen führen zu zahlreichen Ride-Through-Fehlern, selbst wenn der Stromregler stabil erscheint.

Die Einhaltung der Durchfahrtsanforderungen ist nur dann glaubwürdig, wenn ein Test die vom Netzkodex geforderte genaue Einsinktiefe, den zeitlichen Ablauf und die Rückstellung reproduziert.

Solar- und Speicheranlagen belasten die Übertragungs- und Verteilungsnetze mittlerweile mit einer höheren Wechselrichterleistung, sodass das Auslöseverhalten bei Störungen zu einem wichtigen Thema bei der Inbetriebnahme geworden ist. Die Solarstromerzeugung erreichte im Jahr 2023 etwa 1.600 TWh, was einem Anstieg von 320 TWh gegenüber 2022 entspricht – ein Sprung um 25 %, der dazu führte, dass wechselstrombasierte Ressourcen verstärkt unter die Lupe genommen wurden. Ein positives Testergebnis hängt nun von der genauen Nachbildung von Störungen ab, da ein vereinfachter Spannungsabfall Schwachstellen in der Regelung oder im Schutz verbergen kann. Wenn das Spannungsabfallprofil verzögert ist oder Phasendetails fehlen, führt das Ergebnis zu falschen Schlussfolgerungen.

Unter „Low-Voltage-Ride-Through“ versteht man, dass der Wechselrichter während eines definierten Spannungseinbruchs angeschlossen bleibt und das Netz stützt, um anschließend ohne instabile Ströme oder Fehlauslösungen wieder in den Normalbetrieb zurückzukehren. Viele Ausfälle sind eher auf die Grenzen der Testaufbauten zurückzuführen als auf gravierende Steuerungsfehler. Sie benötigen normkonforme Spannungseinbrüche, eine Regelung im geschlossenen Regelkreis mit dem eigentlichen Regler sowie Erfolgskriterien, die an die Netzkurve gekoppelt sind. Diese Kombination liefert Ihnen bereits vor der Inbetriebnahme eine aussagekräftige Antwort und verhindert, dass die Arbeiten vor Ort zu einer Fehlersuche werden.

LVRT bestimmt das Verhalten des Wechselrichters bei kurzen Netzfehlern

LVRT bezeichnet die Anforderung, dass ein netzgekoppelter Wechselrichter während eines definierten Spannungseinbruchs am Netz bleibt und die im Netzkodex festgelegte Regelverhalten einhält. Dies umfasst den Eintritt des Fehlers, die Dauer des Spannungseinbruchs und die Wiederherstellung. Ein Gerät, das vorzeitig abschaltet, hat die Prüfung nicht bestanden. Die Überprüfung erfolgt im Millisekundenbereich.

Ein Energieversorger kann verlangen, dass ein Wechselrichter 150 ms lang online bleibt, wenn die Klemmenspannung auf 0,15 pro Einheit abfällt, und während dieses Spannungsabfalls Blindstrom einspeist. Eine Photovoltaikanlage kann die Tests im stationären Betrieb bestehen und dennoch bei diesem Ereignis versagen, wenn ihre Synchronisationsschleife die Verriegelung verliert. Die Sorge gilt einem plötzlichen Verlust der Netzunterstützung während einer Netzstörung. Tests zur Störungsüberbrückung Tests sowohl die Störung selbst als auch die Wiederherstellung des Netzbetriebs abdecken.

Diese Definition beantwortet die häufig gestellte Frage, was „Low-Voltage-Ride-Through“ bei netzgekoppelten Wechselrichtern bedeutet. Dabei werden in einem einzigen Ablauf die Durchgängigkeit, die Stromregelung und die stabile Wiederherstellung überprüft. Ein Labortest ist nur dann aussagekräftig, wenn er diesen gesamten Ablauf reproduziert. Fehlt die Wiederherstellung oder die Stromantwort, ist das Ergebnis unvollständig.

„Sie prüfen in einem Arbeitsgang die Kontinuität, die Stromregelung und die stabile Rückstellung.“

Die Netzkodekurven legen die Grenze für die Durchfahrtsgenehmigung fest

Die Konformität beim Durchlauf wird anhand einer Spannungs-Zeit-Kurve beurteilt. Die Kurve definiert die Nicht-Auslösezone, die Ansprechzone und die Erholungsgrenze. Wenn Ihre Messpunkte diese Kanten verfehlen, wissen Sie nicht, ob der Wechselrichter den Test tatsächlich bestanden hat. „Bestanden“ und „Nicht bestanden“ richten sich nach der Kurve.

Ein Betreiber akzeptiert einen kurzen Spannungsabfall auf null Volt, sofern der Wechselrichter für eine kurze Ausgleichszeit angeschlossen bleibt. Ein anderer hält die Mindestspannung höher und verlängert die Dauer der Spannungsabfallüberbrückung. Diese Fälle belasten unterschiedliche Regelkreise und Schutzzeitgeber. Man kann nicht einfach ein Spannungsabfallprofil gegen ein anderes austauschen und das Ergebnis als konform bezeichnen.

Ein sinnvoller Testplan ordnet jedes Sag-Ereignis dem genauen Kurvenabschnitt zu, den es prüfen soll. Das gewährleistet Rückverfolgbarkeit, wenn Sie einen Fehler nahe 0,2 pro Einheit über 600 ms oder eine verzögerte Rückkehr zum aktiven Strom untersuchen. Die Prüfer können erkennen, welche Grenze überschritten wurde und warum. Diese Klarheit ist entscheidend, wenn die Genehmigung durch den Energieversorger von aufgezeichneten Nachweisen abhängt.

Die Einhaltung der Durchfahrtsvorschriften hängt ebenso sehr vom richtigen Zeitpunkt wie von der Tiefe ab

Der zeitliche Ablauf entscheidet darüber, ob der Wechselrichter das Ereignis genauso wahrnimmt wie der Netzkodex. Ein Spannungseinbruch, bei dem die richtige Spannung 20 ms zu spät erreicht wird oder sich 30 ms zu früh wieder einstellt, kann dazu führen, dass der Regler in einen anderen Schutzpfad wechselt. LVRT-Tests sind Zeitbereichstests. Die Tiefe allein reicht als Information nicht aus.

Ein an der Quelle angesteuerter dreiphasiger Spannungsabfall tritt an den Wechselrichterklemmen nicht sofort auf, sobald Filter, Messfenster und Regelverzögerungen in den Regelkreis eingreifen. Ein Gerät, das so eingestellt ist, dass es nach 9 Zyklen unterhalb eines Schwellenwerts auslöst, kann bei gleicher Mindestspannung bei einem Test erfolgreich sein und bei einem anderen durchfallen. Die Diskrepanz ergibt sich aus dem zeitlichen Ablauf der Ereignisse. Um dies zu erkennen, benötigt man aufgezeichnete Klemmenspannungswerte und synchronisierte Steuersignale.

Aus diesem Grund erfordert die Einhaltung der Ride-Through-Anforderungen eine millisekundengenaue Abstimmung zwischen dem Sag-Befehl, der gemessenen Spannung, der Stromeinspeisung und dem Schutzstatus. Sind diese Signale nicht synchronisiert, lässt sich weder ein „Bestanden“-Ergebnis begründen noch ein „Nicht bestanden“-Ergebnis diagnostizieren. Teams konzentrieren sich oft zunächst auf die Stromstärke. Dabei liefern die Zeitpunkte des Ein- und Ausstiegs in der Regel aussagekräftigere Informationen.

Die Genauigkeit der Spannungsabfallmessung entscheidet darüber, ob die LVRT-Ergebnisse gültig bleiben

Die Genauigkeit der Spannungsabfallwellenform entscheidet darüber, ob der Wechselrichter unter den Fehlerbedingungen getestet wird, denen er in der Praxis tatsächlich ausgesetzt sein wird. Tiefe, Phasenwinkel, Phasenfolge und Verlauf der Erholung spielen dabei eine Rolle. Eine ungenaue Wellenform kann dazu führen, dass ein Wechselrichter den Test besteht, obwohl er im Einsatz ausfällt. Eine präzise Erzeugung des Spannungsabfalls gewährleistet die Aussagekraft des Ergebnisses.

Ein symmetrischer Spannungsabfall auf 0,5 pro Einheit lässt sich leicht programmieren. Ein einphasiger Spannungsabfall mit Phasenwinkelverschiebung und ungleichmäßiger Erholung zeigt unterschiedliche Regelungsverhalten auf. Anlagen, die den symmetrischen Test bestehen, können dennoch auslösen, wenn Negativsequenzstrom und Messfilter zusammenwirken. Die Genauigkeit des Spannungsabfalls entscheidet darüber, ob der Test repräsentativ ist.

Wenn OPAL-RT in Echtzeit codeförmige Durchhangprofile generiert, basieren die Fehlerwellenform und die Reglerantwort auf derselben Zeitbasis. Dadurch können Sie die Klemmenkurven direkt mit der Versorgungskurve vergleichen, anstatt das Verhalten aus einem vereinfachten Quellbefehl abzuleiten. Im Mittelpunkt der Betrachtung stehen dabei die Genauigkeit der Wellenform und die gemessene Antwort. Dank originalgetreuer Profile lassen sich die Entscheidungen über „Bestanden“ und „Nicht bestanden“ fundiert begründen.

Tests im geschlossenen Regelkreis Tests die Regelgrenzen während der Fehlerbehebung Tests

Tests im geschlossenen Regelkreis zeigen, wie der Regler, das Anlagenmodell und die Schutzlogik während der ersten Zyklen nach der Fehlerbehebung zusammenwirken. In der Wiederherstellungsphase konkurrieren Strombegrenzungen, Zwischenkreissteuerung und Synchronisationslogik um die Priorität. Ein einfacher Wiedergabetest kann dieses Zusammenspiel nicht aufdecken. Der Prüfstand muss es dem Wechselrichter ermöglichen, Gegenleistung in das simulierte Netz einzuspeisen.

Ein Speicherwechselrichter kann die Spannungseinbrüche selbst überstehen und dann 80 ms später auslösen, wenn die Wirkleistung wiederkehrt, bevor der Blindstrombedarf zusammenbricht. Dieser Fehler tritt nur dann auf, wenn der Stromregler und das Netzmodell Signale in Echtzeit austauschen. Erneuerbare Energien deckten im Jahr 2023 fast 30 % des weltweiten Strombedarfs, sodass das Erholungsverhalten auf Systemebene von Bedeutung ist. Ein sauberes Stromverlaufsmuster während des Fehlers garantiert keinen stabilen Ausstieg aus dem Fehlerzustand.

Sie suchen nach Schwingungs-, Überschwingungs-, verzögerten Resynchronisations- und Moduswechselfehlern. Diese Probleme werden in Datenblättern selten erwähnt, treten jedoch schnell zutage, wenn der Regler der Anlage, der Wechselrichter und das simulierte Netz denselben Regelkreis nutzen. Mit Testständen im geschlossenen Regelkreis können Sie zudem Fälle mit schwachem Netz testen. Das verkürzt den Weg von der Modelloptimierung bis zum Nachweis der Konformität.

„Eine saubere Stromkurve während des Fehlers garantiert noch keinen stabilen Übergang aus dem Fehler heraus.“

Beginnen Sie mit symmetrischen Senkungen, bevor Sie sich mit komplexen Verwerfungsfällen befassen

Symmetrische dreiphasige Spannungsabfälle sollten an erster Stelle stehen, da sie das grundlegende Regelverhalten isoliert betrachten, bevor Unsymmetrien, Phasensprünge und Reihenfolgeeffekte das Ergebnis verkomplizieren. So erhält man einen klaren Überblick über Strombegrenzung, Schutzverzögerungen und die Stabilität der Wiederherstellung. Frühe Ausfälle lassen sich leichter erklären. Komplexe Fehler lassen sich erst dann sinnvoll interpretieren, wenn der einfache Fall stabil ist.

• Führen Sie eine vollständige Spannungsbasislinie durch, um die Referenzwerte zu überprüfen.
• Wenden Sie eine moderate Dreiphasen-Einspeisungsabsenkung an, um den Einstieg in den Durchfahrtsmodus zu überprüfen.
• Den Dreiphasen-Einbruch bis zum Kurvenminimum vertiefen.
• Fügen Sie einen einphasigen Spannungsabfall hinzu, um die Behandlung von Negativsequenzen zu überprüfen.
• Beenden Sie die Übung mit einem „Recovery Sweep“, um die Absetzung zu überprüfen.

Eine schrittweise Vorgehensweise sorgt für eine effiziente Fehlerbehebung. Wenn der Wechselrichter bei einem moderaten dreiphasigen Spannungseinbruch auslöst, macht es keinen Sinn, direkt zu einphasigen Fehlern und langen Wiederherstellungsrampen überzugehen. Je mehr Variablen hinzukommen, desto schwieriger wird es, die Ursache zu ermitteln. Sie beheben Probleme schneller, wenn die Testreihenfolge der Logik des Reglers folgt.

Die Schutzeinstellungen sind häufig ausschlaggebend für die Abschaltung des Wechselrichters bei Spannungsabfällen

Fehler des LVRT lassen sich häufig eher auf Schutzschwellenwerte und Zeitgeber zurückführen als auf den Stromregler selbst. Die Unterspannungserkennung, die Gleichstrom-Überspannungserkennung, die Überstrombegrenzung und die Synchronisationsausfall-Logik reagieren alle während eines Spannungsabfalls. Sind diese Funktionen nicht aufeinander abgestimmt, löst der Wechselrichter bereits innerhalb des zulässigen Durchfahrbereichs aus. Die Einhaltung der Vorschriften hängt ebenso sehr von den Einstellungen wie vom Steuerungscode ab.

Eine Anlage kann die Nutzkurve auf dem Papier erfüllen und dennoch abschalten, da der lokale Unterspannungs-Timer bei der gefilterten Phasenspannung startet, während im Prüfbericht die Netz-zu-Netz-Klemmen-Spannung zugrunde gelegt wird. Ein weiteres häufiges Problem tritt auf, wenn der Zwischenkreisschutz auf eine steile Erholungsrampe nach Behebung des Fehlers reagiert. Der Regler hat seine Aufgabe erfüllt, doch ein separater Grenzwert hat den Test beendet. Bei der Auswertung der Messkurven müssen neben Leistung und Strom auch die Schutzflags berücksichtigt werden.

Sie sollten vor dem ersten formellen Durchlauf jeden aktiven Schwellenwert, jede Zeitbasis und jeden Messpunkt dokumentieren. Das spart Stunden an Zeit, wenn es in der Nähe der Kurve Vorteil zu einer Auslösung kommt. Teams, die diesen Schritt überspringen, jagen oft Phantom-Regelungsproblemen hinterher. Die eigentliche Lösung besteht in der Regel in einer Überprüfung der Einstellungen im Zusammenhang mit den Messdefinitionen des Netzkodex.

Eine Echtzeit-Simulation überprüft die Konformität vor der Inbetriebnahme der Anlage

Die Überprüfung vor dem Anschluss funktioniert, wenn der Simulator das exakte Fehlerprofil simulieren und die Reaktion des Wechselrichters auf derselben Zeitbasis aufzeichnen kann, die auch zur Beurteilung der Konformität herangezogen wird. Dadurch wird LVRT zu einer technischen Überprüfung. Man verlässt den Prüfstand mit Nachweisen, die später überprüft werden können. Sowohl Energieversorger als auch Entwickler benötigen diese Art von Nachweis.

Ein Team, das sich auf die Inbetriebnahme vor Ort vorbereitet, kann die erforderlichen Durchhangmessungen durchführen, jede Kurve mit der Versorgungskurve vergleichen und Probleme mit der Zeitsteuerung oder Steuerung beheben, bevor die Einsatzteams vor Ort mobilisiert werden. Dadurch wird der kostspielige Kreislauf aus Vor-Ort-Einsätzen, Controller-Patches und wiederholten Abnahmen vermieden. Das Terminrisiko sinkt, da Fehlermodi bereits im Labor erkannt werden. Gute Tests Teil der Vorbereitungsphase vor dem Anschluss.

Das ist der praktische Nutzen von OPAL-RT. Mit dieser Software lassen sich konforme Spannungseinbruchsprofile in Echtzeit erstellen und das Verhalten der Wechselrichter anhand der tatsächlichen Kurve beurteilen, noch bevor die Anlage ans Netz geht. Teams, die das Ride-Through-Verhalten als ein messbares Regelungsproblem betrachten, erstellen aussagekräftigere Inbetriebnahmeprotokolle und müssen weniger Aufwand betreiben, um mehrdeutige Testergebnisse zu rechtfertigen. Diese Protokolle halten einer Überprüfung stand.