Erst HGÜ, dann MGÜ?

Technik

Netzbetrieb - Gleichstromtechnik erleichtert die Kopplung von Verteilnetzen. In Aachen entsteht jetzt ein lokales Mittelspannungsverteilnetz, um Netzkomponenten und Planungsmethoden zu untersuchen.

03. April 2017

Unsere Stromversorgung ist zunehmend von erneuerbaren Energiequellen geprägt. Dadurch ergeben sich Herausforderungen für die existierende Netzinfrastruktur und die gesamte Energieversorgung. Das ursprüngliche unidirektionale Stromversorgungssystem verändert sich zu einem bidirektionalen System. Außerdem schwankt die Strom-einspeisung aus dezentralen und erneuerbaren Energiequellen, da sie wetterabhängig sind.

Um diesen Herausforderungen zu begegnen und die erneuerbaren Energiequellen möglichst flexibel und effizient in das Stromsystem zu integrieren, bedarf es intelligenter Netze und Netztechnik. Der Forschungscampus FEN in Aachen entwickelt daher innovative Technologien für zukünftige elektrische Netze mit einem hohen Anteil an regenerativen Energiequellen.

Während die Gleichstromtechnik im Höchstspannungsübertragungsbereich schon lange für den Transport elektrischer Energie bei hoher Leistung und über große Entfernungen eingesetzt wird und auch um asynchrone Hochspannungsnetze zu koppeln, wird sie im Nieder- und Mittelspannungsbereich bisher nicht eingesetzt.

DC-Verteilnetz

Gerade in diesen Bereichen speisen jedoch die erneuerbaren Quellen am meisten Energie ein. Daher realisiert FEN erstmals ein lokales Mittelspannungsverteilnetz, das ausschließlich auf Gleichstrom basiert. An diesem privaten Forschungsnetz werden Netzkomponenten wie Gleichspannungskonverter, Schutz und Leittechnik sowie Kabelsystem, Planungsmethoden, Betriebsverhalten und Zuverlässigkeit untersucht. Das Forschungsnetz ist ein wichtiges Instrument, um die Einsatzreife der Gleichspannungstechnik für Anwendungen in öffentlichen Mittelspannungsnetzen nachzuweisen und zu einer verlässlichen Option für den künftigen Netzausbau zu machen.

DC/DC-Wandler für PV-Einspeisung

Speziell für eine besonders effiziente Integration von Photovoltaik-Anlagen im Megawatt-Bereich in Mittelspannungsgleichstromnetze hat das Partnerinstitut Power Generation and Storage Systems des Forschungscampus FEN eine Lösung entwickelt: Der Einsatz eines speziell auf die Anforderungen im PV-Bereich (großer Spannungs- und Leistungsbereich) zugeschnittenen dreiphasigen Dual-Active Bridge (DAB) DC/DC Wandlers. Damit ist es möglich, nahezu alle PV-Betriebspunkte mit dem weichschaltenden Betriebsbereich des DC/DC-Wandlers abzudecken.

Der Wandler wirkt außerdem als Maximum Power Point Tracker; er regelt durch dynamisches Anpassen der PV-Spannung auf den Arbeitspunkt der PV-Module, welcher den höchsten Energieertrag verspricht. Durch den Einsatz eines Mittelfrequenztransformators mit angepasstem Übersetzungsverhältnis innerhalb des Wandlers lässt sich eine galvanisch getrennte Verbindung zwischen einem 1000 V PV-Cluster und einem DC-Mittelspannungsnetz mit 10 000 Volt herstellen.

Philipp Joebges, Peter Lürkens, Rik W. De Doncker (alle FEN Aachen)

Erschienen in Ausgabe: 03/2017