Untersuchungen zur Stützung des Versorgungsnetzes mit Doppelschichtkondensatoren

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1 Forschungs-Report Untersuchungen zur Stützung des Versorgungsnetzes mit Doppelschichtkondensatoren Abdelkader Guetif VDE VERLAG GMBH Berlin Offenbach

2 Kurzfassung Abstract Inhaltsverzeichnis VIII X XIII 1 Einführung Ausgangslegung und Problemstellung Struktur der Arbeit 3 2 Netzqualität Einführung Beispiel Energiepark Clausthal Definition Verteilungsnetze und Netzformen Strahlennetz Ringnetz Maschennetz 2.4 Definition der Netzqualität Netzsituation: Vergleich zwischen Europa und Entwicklungsländern Definition von THD (Total Distortion) Definition von Flicker Neue BDEW und Richtlinien Maßnahmen zur Spannungshaltung im NS-Netz Spannungshaltung durch Blindleistungseinspeisung Spannungsstellung durch regelbaren Ortsnetztransformator Einsatz von Energiespeichern zur Netzglättung Fazit 24 3 Energiespeicherkonzepte und Untersuchungen von Doppelschicht 3.1 Einführung 25 25

3 3.2 Klassifizierung von Energiespeichern Eigenschaften, Ersatzschaltbilder und der Doppelschichtkondensatoren Einleitung Ersatzschaltbild eines Doppelschichtkondensators Verschiedene Konzepte zur von Doppelschichtkondensatoren Vergleich Möglichkeiten zur Symmetrierung Vor- und Nachteile von Doppelschichtkondensatoren Anwendungsgebiet für Doppelschichtkondensatoren Fazit Belastungsmessungen an Doppelschichtkondensatoren: Doppelschichtkondensator-Prüfanordnung Auslegung der Speicherinduktivität Eigenschaften des Prüflings Simulationsergebnisse Hersteller-Modell Versuchsaufbau: Belastungsmessungen an Doppelschichtkondensatoren mit Konstantstrom Messergebnisse 53 4 Lösungsansätze zur Verbesserung der Netzstabilität Herkömmliche Lösung: Kraftwerksgeneratoren SELFSYNC oder Droop Verfahren Parallelbetrieb von 4.3 Virtuelle Synchronmaschine (VISMA Verfahren) Die technische Realisierung der VISMA Maschinenmodell der VISMA Vergleich zwischen Regelungskonzepte VISMA und SELFSYNC 68 5 Ankopplung des Doppelschichtkondensators an das Niederspannungsnetz Übersicht und Vorstellung des Gesamtkonzeptes

4 5.2 Bemessungsdaten Doppelschichtkondensatorspeicher Auswahl und Konzeptuntersuchung eines bidirektionalen Hoch Auswahl der Treiberschaltung und der Messelektronik Bau und Erprobung des bidirektionalen 5.4 Wechselrichter Auswahl der Topologie: Spannungszwischenkreis oder Stromzwischenkreis Steuer- und Messelektronik Modulationsverfahren und Wechselrichterregelung Laboraufbau und Inbetriebnahme 5.5 Komponenten der Anordnung zur Netzstabilisierung Zusammenfassung Energieinhalt-Regelung des Speichers zur Netzglättung Energiespeicher in dezentralen Energiesystemen Speicher: Eigenschaften und Bemessungsdaten Spannung beim Entladen/Laden des Speichers mit Konstantstrom Energieinhalt beim Entladen/Laden der Doppelschichtkondensatoren mit Konstantstrom der Doppelschichtkondensatoren mit konstanter Leistung (Energieinhalt) Netzglättung und -Stabilisierung mit Doppelschichtkondensatoren 1) 133 Analytische Untersuchung der Netzglättung einer Siedlung mit Doppelschichtkondensatorspeichern Ermittlung von Leistung und Energieinhalt des Speichers zur Netzglättung Einsatz von Doppelschichtkondensatorspeichern beim Einschalten einer ASM im Netzparallelbetrieb (Beispiel 2) Untersuchung der Netzstörung Reduktion der Netzstörung (Einschalten ASM) mit Doppelschichtkondensator-Speicher 159

5 7 Zusammenfassung und Ausblick Literaturverzeichnis 167 Abbildungsverzeichnis 177 Tabellenverzeichnis 184 Abkürzungsverzeichnis und Indizes 185 Anhang 187