Was sind die Hauptursachen für Instabilität in einem netzgekoppelten Wechselrichtersystem?

1 Impedanz des Gitters

Eine der Hauptursachen für die Instabilität in einem netzgekoppelten Wechselrichtersystem ist die Netzimpedanz, d. h. das Verhältnis des Spannungsabfalls zum Stromfluss im Netz. Die Netzimpedanz kann je nach Standort, Entfernung und Art der Netzkomponenten wie Transformatoren, Kabel und Lasten variieren. Die Netzimpedanz wirkt sich auf die Ausgangsspannung und den Ausgangsstrom des Wechselrichters aus und kann Resonanzen, Oberschwingungen oder Instabilität verursachen, wenn sie nicht richtig auf die Steuerparameter des Wechselrichters abgestimmt ist. Um diese Probleme zu vermeiden, sollte der Wechselrichter über ein adaptives Steuerungsschema verfügen, das die Ausgangsimpedanz entsprechend der Netzimpedanz anpassen kann.

2 Netzstörungen

Eine weitere Quelle der Instabilität in einem netzgekoppelten Wechselrichtersystem sind die Netzfehler, bei denen es sich um ungewöhnliche Ereignisse handelt, die eine plötzliche Änderung der Netzspannung oder -frequenz verursachen, wie z. B. Kurzschlüsse, Leitungsbrüche oder Laständerungen. Netzfehler können Schutzmechanismen im Wechselrichter auslösen, wie z. B. Überspannung, Überstrom oder Inselschutz, die den Wechselrichter vom Netz trennen oder seine Ausgangsleistung verringern können. Dies kann zu Leistungsverlusten, Spannungsschwankungen oder Frequenzabweichungen im Netz führen, die sich auf andere netzgekoppelte Geräte und Verbraucher auswirken können. Um Netzstörungen zu bewältigen, sollte der Wechselrichter über eine Fault-Ride-Through-Fähigkeit verfügen, die seinen Betrieb bei vorübergehenden Störungen aufrechterhalten und die Netzerholung unterstützen kann.

3 Feedback-Verzögerungen

Eine dritte Quelle der Instabilität in einem netzgekoppelten Wechselrichtersystem sind die Rückkopplungsverzögerungen, d. h. die Zeitverzögerungen zwischen der Messung der Netzspannung oder des Netzstroms und der Anpassung der Leistung des Wechselrichters. Rückkopplungsverzögerungen können durch die Abtastung, Filterung, Verarbeitung und Umschaltung der Steuersignale des Wechselrichters entstehen und die Leistung und Stabilität des Regelkreises des Wechselrichters beeinträchtigen. Rückkopplungsverzögerungen können zu Phasenverschiebungen, Oszillationen oder Überschwingern im Ausgang des Wechselrichters führen und die Genauigkeit und Robustheit der Synchronisation und Leistungsregelung des Wechselrichters verringern. Um Rückkopplungsverzögerungen zu minimieren, sollte der Wechselrichter über eine hohe Abtastfrequenz, einen Controller mit geringer Latenz und ein schnell schaltendes Gerät verfügen.

4 Parameter-Unsicherheiten

Eine vierte Quelle der Instabilität in einem netzgekoppelten Wechselrichtersystem sind die Parameterunsicherheiten, d. h. die Schwankungen oder Fehler in den Parametern des Wechselrichters oder des Netzes, die sich auf das Steuerungsdesign und den Betrieb des Wechselrichters auswirken können. Parameterunsicherheiten können sich aus Fertigungstoleranzen, Alterungseffekten, Temperaturänderungen oder Messfehlern der Komponenten des Wechselrichters ergeben, wie z. B. Filter, Kondensatoren, Widerstände oder Sensoren. Parameterunsicherheiten können sich auch aus den Änderungen oder Ungenauigkeiten der Netzparameter ergeben, wie z. B. Spannung, Frequenz, Impedanz oder Leistungsfaktor. Parameterunsicherheiten können zu Fehlern, Fehlanpassungen oder Nichtlinearitäten im Regelkreis des Wechselrichters führen und die Stabilität und Leistung des Wechselrichters beeinträchtigen. Um mit Parameterunsicherheiten umgehen zu können, sollte der Wechselrichter über eine robuste oder adaptive Regelungsstrategie verfügen, die die Parameterschwankungen tolerieren oder kompensieren kann.

5 Kopplungseffekte

Eine fünfte Quelle der Instabilität in einem netzgekoppelten Wechselrichtersystem sind die Kopplungseffekte, d. h. die Wechselwirkungen oder Einflüsse zwischen mehreren Wechselrichtern oder zwischen dem Wechselrichter und anderen netzgekoppelten Geräten. Kopplungseffekte können durch die gemeinsame Nutzung desselben Netzanschlusspunktes, die Kommunikation oder Koordination der Steuersignale der Wechselrichter oder die Ausbreitung von Störungen oder Oberschwingungen durch das Netz entstehen. Kopplungseffekte können zu Interferenz-, Wettbewerbs- oder Synchronisationsproblemen zwischen den Wechselrichtern oder zwischen den Wechselrichtern und dem Netz führen und die Stabilität und Qualität der Stromversorgung beeinträchtigen. Um Kopplungseffekte abzumildern, sollten die Wechselrichter über ein dezentrales oder verteiltes Steuerungsschema verfügen, das Konflikte oder Koordinationsfehler zwischen den Wechselrichtern oder mit dem Netz vermeiden kann.

6 Komplexität der Kontrolle

Eine sechste Quelle der Instabilität in einem netzgekoppelten Wechselrichtersystem ist die Steuerungskomplexität, d. h. die Schwierigkeit oder Herausforderung, ein Steuerungsschema zu entwerfen und zu implementieren, mit dem mehrere Ziele und Einschränkungen für den Betrieb des Wechselrichters erreicht werden können. Die Regelungskomplexität kann aufgrund der hohen Anzahl von Stellgrößen, der nichtlinearen Dynamik des Wechselrichters und des Netzes, der Unsicherheit und Variabilität der Netzbedingungen sowie der Kompromisse und Konflikte zwischen verschiedenen Regelungszielen, wie z. B. Leistungsregelung, Spannungsregelung, Stromregelung, Oberschwingungsunterdrückung, Verbesserung der Netzqualität und Netzunterstützung, zunehmen. Die Komplexität der Steuerung kann zu suboptimalen oder instabilen Regelungslösungen führen oder hohe Rechen- oder Hardwareressourcen erfordern. Um die Regelungskomplexität zu reduzieren, sollten die Wechselrichter über eine hierarchische oder modulare Regelungsstruktur verfügen, die die Regelungsaufgaben und -funktionen vereinfachen und trennen kann.