大型發電站及其大型同步發電機為電網提供了穩定性，但在能源轉型的過程中會出現陸續斷電。為了解決這個問題，弗勞恩霍夫太陽能系統研究所ISE的研究人員正在研究成網變流器如何確保未來正弦交流電的供應和穩定的電網頻率。



無論是開燈、給手機充電、保持冰箱里的牛奶冷卻，還是快速吸塵，我們在日常生活中一般都認為我們的電源插座是一個可靠的能源來源。然而，我們的電網實際上有一個相當復雜的設計，其典型的平衡水平是一個微妙的問題。在歐洲，通過電力線追隨的能量的理想形式是頻率幾乎恒定在50赫茲的正弦交流電流。這是由大型發電站的同步發電機的物理特性的穩定性所決定的。這些大型發電站利用其旋轉質量給系統帶來慣性，因此，對電網干擾的反應也是慣性的。能源生產的潛在短缺可以在短期內利用儲存的動能進行補償，從而彌補時間，直到進一步的保護措施--如提供控制儲備--得以實施。通過這種方式，在關鍵情況下不會立即出現影響深遠的電力損失，例如在大型發電能力的意外停運或所謂的 "系統分裂"。



也就是說，核電站和煤電廠正在從電網中移除，取而代之的是可再生能源發電形式，而且這一趨勢在未來幾年只會加劇。"這意味著在電網控制中發揮核心作用的同步發電機將被淘汰。"弗勞恩霍夫ISE電力電子和電網集成部門負責人S?nke Rogalla博士解釋說。在成網變流器中，他和他的研究團隊看到了確保電網穩定的一個有希望的解決方案。



關鍵是要有正確的編程



轉換器是電子動力裝置，其主要功能是將直流電轉換為交流電。根據功率等級的不同，它們的外觀可以從小型電池到大型兆瓦級發電廠不等。它們的電氣行為不是由物理決定的，而是必須首先通過某些控制算法進行設置。目前，轉換器的編程方式是，它們將所需的電力量送入由強大的大型發電廠提供的僵硬的假定電網。另一方面，電網形成的轉換器被編程為作為一個電壓源。以類似于傳統發電廠的方式，成網變流器對電網的短期需求作出反應，并提供慣性反應。



例如，在特殊情況下，如過載情況、有缺陷的線路或系統分裂，設備以反射性的方式做出反應并保持電網穩定，這一點非常重要，出于這個原因，我們正在進行設備和算法的開發研究。我們可以借助模擬以及我們研究所在弗萊堡的內部多兆瓦實驗室的測試基礎設施來測試各種應用場景。



根據Rogalla的說法，輸電系統運營商有一個共識，即對于正在投入電網的很大一部分新工廠來說，電網形成的轉換器是必要的。在這種情況下，弗勞恩霍夫能源研究所正以顧問的身份與不同的電網運營商站在一起，并且自2017年以來，在 "VerbundnetzStabil "項目中與各種科學和經濟合作伙伴合作。他們已經成功地將來自電力電子和控制部門以及電網動力學和電網集成的技能進行了獨特的安排。這使我們能夠在更大的范圍內全面了解電網成型轉換器的使用和精確要求。



在最初的項目階段，對未來電網的要求進行了澄清，并確定了關鍵情況。這為與轉換器生產商KACO新能源一起開發和編程設備奠定了具體基礎。在多兆瓦實驗室，研究人員隨后能夠復制一個小規模的電網，并檢查同步機和成網轉換器的比例以及在各種故障情況下實施的控制如何影響電壓穩定性。



Rogalla和Singer對這些結果非常滿意。Singer強調說："我們的研究再次清楚地表明，從同步發電機到成網變流器的轉變是一個可行的解決方案，以及這種轉變的日益緊迫性，同時，我們能夠明確規定未來的電網將實際需要什么，并在我們起草的測試指南的幫助下，為尚無明確標準的重要技術細節提供建議，隨著成網轉換器即將上市，我們希望因此幫助該行業對合適的設備進行技術評估。"



該項目的最終報告目前正在準備之中。同時，研究人員希望在該研究所的一個辦公區的真實電網上檢查他們的設備和發現。在目前正在計劃的進一步研究項目中，所開發的技術將在一個大型光伏儲能電站中實施，并在實際條件下檢查電網的相互作用。

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