@article{StruweWredeVennegeerts2023, author = {Struwe, Julian and Wrede, Holger and Vennegeerts, Hendrik}, title = {Validation Aspects for Grid-Forming Converters Based on System Characteristics and Inertia Impact}, series = {Energies}, volume = {16}, journal = {Energies}, number = {21}, publisher = {MDPI}, issn = {1996-1073}, doi = {10.3390/en16217357}, url = {http://nbn-resolving.de/urn:nbn:de:hbz:due62-opus-48751}, year = {2023}, abstract = {Grid-forming converters are considered a key technology for electrical grids with a high share of renewable energy. However, there is a lack of a general, robust and verifiable definition of what constitutes this behaviour. Therefore, this paper presents three simple scenarios that enable such a definition. They are based on simple black-box simulations that allow manufacturers to protect their development work. It can be shown that grid forming can be clearly distinguished from grid-following controls by their grid behaviour in the proposed scenarios. Extensive results illustrate this and also provide suggestions to deepen the understanding of grid-forming grid behaviour and its impact on system inertia. These findings should inspire the development of a clear definition and ultimately new requirements for converter systems.}, subject = {Stromrichter}, language = {en} } @techreport{MahmensCajigalNunezStruweetal.2023, author = {Mahmens, Ronald and Cajigal N{\´u}{\~n}ez, Jos{\´e} Manuel and Struwe, Julian and Wrede, Holger}, title = {NetzWind - Netzbildende Windenergieanlagen f{\"u}r zuk{\"u}nftige Energieversorgungsnetze mit dem Attribut zur Schwarzstart- und Inselnetzf{\"a}higkeit}, publisher = {Zenodo}, doi = {10.5281/zenodo.7936219}, url = {http://nbn-resolving.de/urn:nbn:de:hbz:due62-opus-49632}, pages = {54}, year = {2023}, abstract = {Mit dem Forschungsprojekt „NetzWind - Netzbildende Windenergieanlagen f{\"u}r zuk{\"u}nftige Energieversorgungsnetze mit dem Attribut zur Schwarzstart- und Inselnetzf{\"a}higkeit", verfolgten die Hochschule D{\"u}sseldorf HHSD), die W2E Wind to Energy GmbH (W2E) und ConverterTec Deutschland GmbH (CT) in Zusammenarbeit das Ziel, ein Verfahren f{\"u}r Windenergieanlagen (WEA) zu entwickeln, welches einen netzbildenden Betrieb erm{\"o}glicht und damit Lastschwankungen im Netz augenblicklich kompensieren kann. Im Rahmen der Projektbearbeitung wurde auf die detaillierte Betrachtung von WEA mit doppelt-gespeister-Asynchronmaschine (DFIG) verzichtet, daf{\"u}r aber die Erarbeitung des Regelungsverfahrens f{\"u}r WEA mit permanenterregten Synchronmaschinen (PMSG) in einem sehr hohen Detailgrad ausgef{\"u}hrt, um damit die M{\"o}glichkeit zur Adaptierung der Technologie in andere Systeme wie z.B. Photovoltaikanlagen und Batteriespeicher vorzuhalten. Zur Funktionserf{\"u}llung der entwickelten netzdienlichen Regelung sind Energiespeicher zur Deckung der augenblicklichen und kurzzeitigen Leistungsbereitstellung (Momentanreserve) einzusetzen. Aus der Bewertung unterschiedlicher Optionen wurde die Nutzung der in der WEA konstruktionsbedingt enthaltenen Rotationsmassen als mechanischer Energiespeicher betrachtet. Umfangreiche simulations-basierte Untersuchungen unter Verwendung verschiedener Regelungsans{\"a}tze der Turbine zeigen an relevanten Stellen die Wirkung des dynamischen Leistungsabrufs auf die strukturmechanischen Komponenten. Im Ergebnis ist eine h{\"o}here Belastung gegeben, eine Leistungsbereitstellung jedoch m{\"o}glich. Weiterf{\"u}hrende Rechnungen zu Auswirkungen der zus{\"a}tzlichen Belastung auf die Lebens-dauer einzelner Komponenten kann mit den ermittelten Lastzeitreihen auf Bauteilebene erfolgen. Als weitere Option f{\"u}r einen Energiespeicher wurde die Verwendung eines elektrochemischen Energiespeichers auf Basis der Natrium-Ionen Technologie als vorteilhaft erachtet. Diese Technologie ist Stand der Forschung und weist eine {\"A}hnlichkeit mit Lithium-Ionen-Batterien auf. {\"U}ber die Analyse der Leistungsbereitstellung unter Verwendung der Lithium-Ionen-Batterie wurde das Ziel verfolgt, das erarbeitete Regelungskonzept auch f{\"u}r die Natrium-Ionen-Batterie zu verwenden. Daf{\"u}r wurde in der Modellentwicklung das bestehende Umrichtersystem um einen Gleichspannungssteller und die Batterie erweitert und das Lade- und Entladeverhalten des Batteriespeichers in Kombination mit der Bereitstellung von Momentanreserve analysiert und ausgewertet. Die Ergebnisse zeigen ein stabiles Verhalten der Regelung und belegen die M{\"o}glichkeit zur Nutzung von Batteriespeichern. Zur Erf{\"u}llung des Schwarzstarts wurde das Anlagenverhalten analysiert und der Eigenverbrauch der WEA ermittelt. Somit konnte die Kapazit{\"a}t des daf{\"u}r einzusetzenden Energiespeichers festgelegt werden. Weiterhin konnte ein Verfahren entwickelt werden, welches nicht nur den Start ber{\"u}cksichtigt, sondern auch eine erweiterte Frequenzregelung f{\"u}r {\"U}ber- als auch Unterfrequenzen. Die {\"U}berf{\"u}hrung des netzbildenden Regelungsverfahrens auf den vorhandenen Hardware-Controller des Umrichters erfolgte schrittweise, konnte jedoch seitens CT nicht vollst{\"a}ndig abgeschlossen werden. Die Regelungsalgorithmen aus dem Simulationsmodell der Hochschule D{\"u}sseldorf wurden heraus-gel{\"o}st, in eine eigenst{\"a}ndige Dynamic Link Library (DLL) geschrieben und darauffolgend die f{\"u}r den Controller erforderlichen Datentypen der Signale angepasst. Die Regelung zeigt hierbei prinzipiell ein stabiles Verhalten, jedoch f{\"u}hrten die erforderlichen Anpassungen der Datentypen zu Rundungsfehlern. Hier sind weiterf{\"u}hrende Optimierungen erforderlich, um eine vollst{\"a}ndige Portierung zu erm{\"o}glichen. Im Laufe der Projektbearbeitungszeit ist es dem Konsortium gelungen, die erlangten Kenntnisse in diversen Gremien und Arbeitskreise einzubringen und zu diskutieren sowie in internationalen Ver{\"o}ffentlichungen zu pr{\"a}sentieren. Dieses innovative Projekt mit Az. 35340/01 wurde durch die DBU - Deutsche Bundesstiftung Umwelt gef{\"o}rdert. Der Abschlussbericht ist zu beziehen unter www.dbu.de}, subject = {Windenergie}, language = {de} }