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Überprüfung von Netzformenden Wechselrichtern zur Unterstützung des Betriebs von Energiesystemen

IEEE Xplore
IEEE Xplore
Feld: Elektrische Normen
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Canada

    Dieser Artikel gibt einen Überblick über die Eigenschaften von GFM-Wechselrichtern im Vergleich zu traditionellen Netzfolgewechselrichtern und hebt die jüngsten Innovationen in der GFM-Wechselrichtertechnologie hervor, indem er die Vorteile und Chancen von GFM-Wechselrichtern für netzinteraktive Operationen unter verschiedenen Szenarien zusammenfasst.

1. Die Funktionen von GFM-Wechselrichtern.

      GFM-Wechselrichter werden in der Regel als Spannungsquellen konzipiert, die ihre Spannungen und Frequenzen in Synergie mit Stromnetzen durch verschiedene GFM-Funktionen regeln. Andere GFM-Funktionen wurden auch für GFM-Wechselrichter entwickelt, wie zum Beispiel die Selbstsynchronisationsfunktion, die koordinierte Steuerungsfunktion, die nahtlose Modusübergangsfunktion und die Black-Start-Funktionen. Die Selbstsynchronisationsfunktion wurde besonders für zweistufige DER-basierte Wechselrichter vorgeschlagen, indem die Spannungsregelung des DC-Verbindungsleiters mit Abhängigkeitssteuerungsfunktionen integriert wird. Die koordinierte Steuerungsfunktion wurde entwickelt, um das Betreiben von Wechselrichtern bei ungleichmäßigen Netzzuständen zu unterstützen. Die nahtlose Modusübergangsfunktion ermöglicht eine flexible Betriebsweise eines Mikrogrids zwischen netzgekoppelten und isolierten Betriebsweisen. Die Black-Start-Funktionen bieten die Wiederherstellung des Stromnetzes nach Stromausfällen mit praktischen Erwägungen. Mit der Implementierung dieser Funktionen können GFM-Wechselrichter Netzregelungen durchführen und somit die Netzstabilität und -zuverlässigkeit unter verschiedenen Betriebsbedingungen verbessern.

Simplified representations of GFL and GFM inverters.png

2.  Die Unterschiede zwischen GFM-Wechselrichtern und traditionellen GFL-Wechselrichtern.

    GFL-Wechselrichter sind hauptsächlich zur Leistungsumwandlung konzipiert, um hochwertige Energie ins Netz einzuspeisen, wobei sie innerhalb der normalen Netzeinschränkungen Netzunterstützungsfähigkeiten haben, außerhalb dessen die GFL-Wechselrichter abgeschaltet werden müssen. Im Gegensatz dazu können GFM-Wechselrichter nicht nur Energie ins Versorgungsnetz einspeisen, sondern verfügen auch über zusätzliche Unterstützungsfunktionen, wie direkte Spannungs-, Frequenz- und Trägheitsunterstützung für das Versorgungsnetz, Unterstützung von Inselbetrieb mit nahtlosen Modusübergängen sowohl für netzgekoppelte als auch isolierte Betriebsweisen.

Control block diagrams of GFL and GFM inverters.png

3.  Analyse mit jüngsten Innovationen in der GFM-Technologie.

    Die kollektive Black-Start-Konfiguration hat die Redundanz der Wechselrichter mit geringeren Systemkosten verbessert, indem mehrere kleinere GFM-Wechselrichter gestapelt werden, im Vergleich zur voll funktionalen Konfiguration mit einem einzelnen Wechselrichter. Allerdings sind Lastverteilung und Synchronisation zwischen diesen parallelen GFM-Wechselrichtern, die durch Abhängigkeitssteuerung, VSG usw. ermöglicht werden, die Hauptfokuspunkte für die praktische Umsetzung. Nach dem Aufbau der anfänglichen Spannung, die durch diese DER- oder BESS-basierten GFM-Wechselrichter bereitgestellt wird, können andere Lasten, DER-basierte Wechselrichter und Generatoren gemäß bestimmten Wiederherstellungsstrategien wieder an das Mikrogrid angeschlossen werden, um den normalen Betrieb des Mikrogrids nach einem Stromausfall wieder aufzunehmen.

Detailed configurations of black-start strategies.png

4.  Schlussfolgerungen und Empfehlungen für potenzielle Fortschritte in der GFM-Technologie.

    Es sind noch erhebliche Forschungs- und Entwicklungsanstrengungen erforderlich, um die Anwendungen von GFM-Wechselrichtern weiter auszubauen und zu erweitern, um den Netzbetrieb moderner Energiesysteme, die von wechselrichtergesteuerten DERs dominiert werden, zu unterstützen. Es sind vielversprechendere Technologien notwendig, damit GFM-Wechselrichter maßgeblich zu großen vernetzten Systemen (d.h. kontinentalen Energiesystemen) beitragen können. Durch die Integration verschiedener GFM-Wechselrichter in große elektrische Netze könnten die Gesamtdynamik, Stabilität und Ausfallmodi des Systems beeinflusst werden. Daher ist weitere Forschung zu fortgeschrittenen GFM-Funktionen mit Verbindungstechniken (z.B. koordinierte Steuerungsfunktion und Black-Start-Funktion) für diese GFM-Wechselrichter erforderlich. Darüber hinaus sind auch mehr Pilotprojekte zur Anwendung von GFM-Wechselrichtern erforderlich, um die Fähigkeiten von GFM-Wechselrichtern unter Berücksichtigung der Netznotfälle und der End-to-End-Systemleistung zu validieren.

Quelle: IEEE Xplore
Erklärung: Respektiere das Original, gute Artikel sind es wert geteilt zu werden, bei Urheberrechtsverletzungen bitte kontaktiere zur Löschung.


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