Control strategies and reduced models for the smart power cell

Abstract

Diese Dissertation repräsentiert eine Weiterentwicklung des Konzepts der Smart Power Cell (SPC). Ziel ist die flächendeckende Integration von dezentralen, erneuerbaren Strom-erzeugern mittels geregelter Unterbereiche. SPCs sind grundsätzlich in der Lage, interne Stabilität zu gewährleisten, während Leistungsflusssollwerte verfolgt werden für die Verbindungen mit dem Rest des Stromnetzes und anderen Energienetzen wie dem Gasnetz und dem Fernwärmenetz. Die Arbeit baut teilweise auf existierender Forschung zur SPC auf, erweitert aber deutlich den Umfang und die Gültigkeit mit neuen Modellelementen und Reglern.

Im Speziellen wird die Modellbildung der Knoten in der SPC erweitert mit einer neuen Reglerstruktur in diesen Knoten, welche die Komplexität und Flexibilität diverser Erzeugungsanlagen bündelt und als einzelne Erzeugungsanlage mit einfachem dynamischen Verhalten der SPC gegenüber präsentiert. Hierfür genutzt werden Überlegungen zum Übertragungsverhalten der Anlagen sowie der energetischen Flexibilität und deren Aggregation. Es entsteht dann für den Regler am Knoten ein Optimierungsproblem mit Nebenbedingungen. Die existierenden Regler zur SPC als Ganze werden erheblich verbessert und sind nun in der Lage, Sollwerten für mehr als eine Verbindung aus der SPC heraus zu folgen. Die Spannungsregelung der SPC wird ebenso verbessert, um diverse Probleme zu vermeiden, die aus der vorherigen Struktur erwachsen konnten. Ebenso wird der Integrator der bestehenden Struktur um eine fraktionale Ableitung erweitert, um Oszillationen zwischen Reglern zu unterdrücken. Für die SPC wird dann eine Modellreduktion auf Basis metaheuristischer Optimierungsmethoden entwickelt, um eine Simulation mehrerer SPCs im Verbund zu ermöglichen. Für das Übertragungsnetz wird ein weiterer Regler entwickelt, welcher die Spannung im Übertragungsnetz regelt, indem den SPCs Sollwerte für die Verbindung zum Übertragungsnetz gesandt werden. Jede Reglerebene einzeln sowie deren Interaktion wird im Zeitbereich simuliert, um die Effektivität des Konzeptes zu zeigen.