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Multikriterielle Regelungsstrategien für ein inverterbasiertes Niederspannungs-Microgrid

Fuhr, Christina (2022):
Multikriterielle Regelungsstrategien für ein inverterbasiertes Niederspannungs-Microgrid. (Publisher's Version)
Darmstadt, Technische Universität,
DOI: 10.26083/tuprints-00021241,
[Ph.D. Thesis]

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Item Type: Ph.D. Thesis
Status: Publisher's Version
Title: Multikriterielle Regelungsstrategien für ein inverterbasiertes Niederspannungs-Microgrid
Language: German
Abstract:

Die Energiewende ist Vision und aktueller Forschungsschwerpunkt zugleich. Die dafür essenzielle Transformation der Energieversorgung ist bereits in Umsetzung. Der Trend hin zur dezentralen Energieerzeugung mit Hilfe einer Vielzahl an Erneuerbaren-Energien-Anlagen mit im Vergleich zu Großkraftwerken kleinen Erzeugungsleistungen erfordert neue Regelungskonzepte. Während die Stabilität bislang hauptsächlich auf der Übertragungsnetzebene sichergestellt wird, werden Regelungs-strategien notwendig, die auch die inverterbasierten Erzeugungseinheiten im Rahmen der Netzstützung einbinden. Dafür werden in der vorliegenden Arbeit Netzregelungsstrategien entwickelt, die sowohl bei der ungeplanten als auch der geplanten Abtrennung eines Microgrids der Niederspannungsebene vom überlagerten Netz einen sicheren Betrieb gewährleisten können. Ein solcher Betrieb ist durch die Einhaltung von multikriteriellen Funktionalitäten der Regler gewährleistet. Weist ein Regler die Funktionalitäten auf, kann er sicherstellen, dass definierte Spezifikationsbereiche für die Frequenz, die Spannung sowie eine Leistungsaufteilung bei Anregung des Energieversorgungssystems mit Leistungsschwankungen sowie bei Verinselung eingehalten werden. Das Regelungskonzept ist von kaskadierter Form und beinhaltet einen Leistungs- bzw. Primärregler sowie einen Transitionsregler für die Inverter. Für die ungeplante spontane Netzabtrennung werden drei verschiedene Primärregelungs-Typen entwickelt und bewertet. Ein robuster Multi-Modell-Regler wird als Primärregelungs-Typ favorisiert und Primärregelstrategien werden auf Basis dessen abgeleitet. Für den Reglerentwurf des Primärreglers wird ein Optimierungsproblem bestehend aus multiplen H∞- Normen als Zielfunktion und einer Polbereichsvorgabe als Nebenbedingung entwickelt. Basis des Reglerentwurfs stellen die linearisierten Modelle des Microgrids als Strecke dar. Für die geplante Verinselung wird ein Transitionsregler entwickelt, der den Übergang ohne Sprünge in den Systemen realisiert. Die Netzregelstrategie für die ungeplante Verinselung umfasst eine Primärregelstrategie. Die Netzregelstrategie für die geplante Verinselung umfasst eine alternative Primärregelstrategie kombiniert mit dem Transitionsregler. Die Netzregelstrategien ermöglichen den stabilen Betrieb eines Microgrids und tragen damit zur Weiterentwicklung von Regelungskonzepten von inverterbasierten Microgrids bei.

Alternative Abstract:
Alternative AbstractLanguage

The energy transition is both vision and a main focus of current research at the same time. The concomitant need for transformation of the energy supply structure is in full progress. The trend towards integrating decentrally organized power generation with numerous renewable energy plants with comparably small generation capacities requires new and innovative control concepts. As stability has been the endeavour for transmission system operators so far, control concepts for including inverter-based power generation units gain in importance for stability issues. Therefore microgrid control strategies which guarantee a stable operation in case of intentional and unintentional islanding of a low voltage microgrid are developed in this thesis. The operation is characterized by the compliance of multi-criteria features of the controller. This control method ensures that the defined specification limits for frequency, voltage amplitude as well as power sharing are not exceeded in cases of load changes or islanding phenomena. The control concept is cascaded and consists of a primary controller as well as a transition controller for the inverter. For the unintended islanding three different types of primary control concepts are developed and evaluated. A multi-model-controller is preferred type and strategies for the primary controller are derived. For the control system design an optimization problem consisting of several H∞ norms as objective function and pole placement as secondary constraint is established. The linearized state space models for the plant are used for the controller design. For the intentional islanding a transition controller is designed, which realizes a smooth transition into the islanded microgrid. The microgrid control strategy in case of unintentional islanding includes one primary control strategy. The microgrid control strategy in case of intentional islanding consists of a different primary control strategy in combination with the transition controller. The strategies enable a secure operation of a microgrid and carry forward control concepts for inverter-based microgrids.

English
Place of Publication: Darmstadt
Collation: XXIII, 132, xxxiv Seiten
Classification DDC: 600 Technik, Medizin, angewandte Wissenschaften > 620 Ingenieurwissenschaften
Divisions: 18 Department of Electrical Engineering and Information Technology > Institute for Electrical Power Systems > Electrical Power Supply with Integration of Renewable Energies
Date Deposited: 12 May 2022 12:18
Last Modified: 12 May 2022 12:19
DOI: 10.26083/tuprints-00021241
URN: urn:nbn:de:tuda-tuprints-212412
Referees: Hanson, Prof. Dr. Jutta ; Konigorski, Prof. Dr. Ulrich
Date of oral examination: 9 May 2022
URI: https://tuprints.ulb.tu-darmstadt.de/id/eprint/21241
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