TenSyGrid: Tensors for System Analysis of Converter-dominated Power Grids

Auf einen Blick

• Die Integration erneuerbarer Energien erhöht die Komplexität der Stromnetzdynamik. Zuverlässige Werkzeuge, die diese Prozesse abbilden können und einen sicheren Betrieb mit 100 Prozent erneuerbaren Energien ermöglichen, fehlen indes noch.
• Im Forschungsprojekt TenSyGrid entwickeln die Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler eine Toolbox, die die Entscheidungsfindung von Stromnetzbetreibern bei der Bewertung der Stabilität großer Stromnetze mit geringer Trägheit unterstützt.
• Das projektkoordinierende Fraunhofer IWES ist unter anderem für die Entwicklung multilinearer Modelle mithilfe moderner mathematischer Tensor-Methoden zur Netzmodellierung verantwortlich.

Herausforderung

Das Stromnetz steht mit dem Ausbau der erneuerbaren Energien vor großen Veränderungen. Photovoltaik- und Windenergieanlagen sind über Umrichter an das Netz angeschlossen. Dadurch unterscheiden sie sich stark von den traditionellen Großkraftwerken, deren rotierende Massen fest mit dem Netz verbunden sind und somit zur Frequenzstabilisierung beitragen. Klassische lineare Herangehensweisen, die vereinfachte Stromnetzsimulationen ermöglichen, können das schnelle Übergangsverhalten dieser massiv eingesetzten Konverter-Leistungselektronik nicht abbilden. Um diesen auftauchenden Unsicherheiten über die Dynamik des Stromnetzes zu begegnen, begrenzen Stromnetzbetreiber die Integration erneuerbarer Energiequellen.

Es fehlen zuverlässige Werkzeuge für die Steuerung eines Stromnetzes mit 100 Prozent erneuerbarer Energien, die beispielsweise Offline-Netzintegrationsstudien für erneuerbare Kraftwerke oder HVDC-Verbindungen berechnen und Netz-Stabilitätsprüfungen in Echtzeit durchführen können.

Lösung

Hier setzt das Projekt TenSyGrid an. Ziel die es, eine Toolbox zu entwickeln, die mit innovativen Methoden Netzbetreiber bei der direkten Stabilitätsbewertung von großen Stromnetzen mit 100 Prozent erneuerbaren Energien unterstützt.

So erarbeiten die Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler unter anderem mithilfe neuer mathematischer Ansätze einen Modellierungsrahmen, der die nichtlinearen Dynamiken des Stromnetzes erfasst, um eine Stabilitätsprüfung in Echtzeit zu ermöglichen. Eine Bibliothek von Modellen der Stromnetzelemente erlaubt die Skalierung auf große Stromnetze und die Anpassung an aktuelle Entwicklungen. Ziel ist zudem, die Toolbox kompatibel zu bestehenden kommerziellen Softwarepaketen zu gestalten.

Das projektkoordinierende Fraunhofer IWES bildet im Projekt TenSyGrid das zentrale Bindeglied zwischen der systemtheoretischen Entwicklung der multilinearen Modellierungen sowie der Anwendung für die Modellierung und der Analyse der Stromnetze. 

Mehrwert  

TenSyGrid leistet einen wichtigen Beitrag zur Sicherung der Energieversorgung. Eine zunehmend elektrifizierte Gesellschaft funktioniert nur mit einem zuverlässigen Stromnetz. Der Klimawandel bringt die Herausforderung, zahlreiche neue Player wie Windparks, Batteriespeicher oder Elektrolyseure zu integrieren, ohne die Versorgungssicherheit zu gefährden. Die Toolbox TenSyGrid unterstützt Netzbetreiber dabei, ein zunehmend dynamisches System zuverlässig zu planen und zu steuern.