Energiespeicher

Schwungrad

Energiespeichersysteme werden im zukünftigen trägheitsarmen Stromsystem eine grundlegende Rolle spielen. Neben Batterien werden schnell-dynamische Energiespeichersysteme benötigt, um Leistungsungleichgewichte kurzfristig und bei kontinuierlichen Schwankungen auszugleichen. Wenn diese Aufgabe von Batterien übernommen wird, kann dies deren Lebensdauer stark verkürzen.

Um die mögliche Unterstützung der primären Frequenzregelung im Stromnetz zu untersuchen, haben wir im PHIL-Labor ein 120-kW-Hochgeschwindigkeitsschwungrad der Firma Stornetic installiert und als Testobjekt an unser 1-MVA-PHIL-Testfeld angeschlossen [Link zur PHIL Facility Webpage]. Das Hochgeschwindigkeitsschwungrad ermöglicht schnelle Leistungsschwankungen ohne Verschlechterung der Speicherkapazität, was sich bei Batterien stark auf deren Lebensdauer auswirken kann.

Als Beispiel für die PHIL-Tests wurden mehrere Benchmark-Netze simuliert, um die Leistung des Flywheel zu testen. Als Netzwerkumgebung wurde das in [1] vorgeschlagene Stromnetz "Microgrid Benchmark" auf unserem Echtzeitsimulator Opal-RT 5700 mit einem Zeitschritt von 24µs simuliert.

Um das Schwungrad an die Simulation im Echtzeitsimulator anzuschließen, wird die übliche "Voltage-type Ideal Transformer Method" verwendet, bei der das reale Testobjekt in der Simulation wie eine Stromquelle am Anschlusspunkt dargestellt wird. Die simulierte Spannung an diesem Punkt wird von Egston digital als Sollwert an unsere Leistungsverstärker gesendet. Die Verstärker versorgen reale Stromschienen, an denen der Schwungradspeicher angeschlossen ist, mit dieser Spannung. Der resultierende Strom am Anschluss des Schwungrads wird dann gemessen und als neuer Stromwert für die simulierte Stromquelle an den Simulator zurückgesendet. Im nächsten Berechnungsschritt wird dieser neue Stromwert zur Berechnung der neuen Zielspannung verwendet.

Mit diesem Ansatz lassen sich komplexe Regelungsstrategien flexibel und sicher umsetzen, ohne auf das Flywheel zuzugreifen. Wie in [2] wurde ein neuartiger adaptiver Trägheitsregelungsalgorithmus im Echtzeitsimulator OPAL-RT implementiert, und der neue Leistungssollwert wird in Echtzeit an das Flywheel gesendet. Dies ermöglicht es, den vorgeschlagenen Ansatz auch im Vergleich zu bestehenden Ansätzen zu validieren, die bereits von früheren Forschern validiert wurden und somit als Benchmark dienen.