Die Zunahme an umrichterbasierter Erzeugung, wie beispielsweise Photovoltaikanlagen oder Batteriespeichersysteme, verändert den bisherigen Umgang mit Energiesystemen. Sie gefährdet nicht nur die Systemstabilität aufgrund fehlender rotierender Masse, die das Netz stabilisieren, was eine inhärente Fähigkeit von Synchronmaschinen ist. Aufgrund der Entwicklung von lastdominierten zu aktiven Verteilungsnetzen wird auch die Bedeutung einer genauen Modellierung dieser Netze im Rahmen von Stabilitätsanalysen größer.
Die erste Herausforderung wird durch so genannte netzbildende Umrichter bewältigt. Diese Regelung ersetzt die stabilisierenden Fähigkeiten von Synchronmaschinen durch eine Nachbildung ihrer Trägheit. Für die letztgenannte Herausforderung sind idealerweise detaillierte Modelle aktiver Verteilungsnetze erforderlich. Die Einbettung detaillierter Verteilungsnetzmodelle in ein dynamisches Übertragungsnetzmodell ist jedoch aufgrund der Modellkomplexität nicht praktikabel. Komplexitätsreduzierte äquivalente dynamische Modelle lösen diese Herausforderung.
Die Verknüpfung dieser beiden Punkte, also die Berücksichtigung netzbildender Umrichter in äquivalenten dynamischen Verteilungsnetzmodellen, offenbart eine Forschungslücke, die in früheren Arbeiten nicht behandelt wurde. Daher liefert diese Arbeit eine validierte Methodik zur Erstellung äquivalenter dynamischer aktiver Verteilungsnetze mit Berücksichtigung netzbildender Umrichter für die Anwendung in umfassenden Stabilitätsstudien zukünftiger Energiesysteme. Der vorgeschlagene Ansatz zur Erzeugung eines äquivalenten dynamischen Modells ist eine gray-box Parameteridentifikationsmethodik basierend auf einer Clusterung der Komponenten im entsprechenden detaillierten Netzmodell. Spannungssensitivitäten werden verwendet, um die Stärke des Netzes am Anschlusspunkt des netzbildenden Umrichters abzubilden. Der Ansatz nutzt das Wissen über das detaillierte Netzmodell, so dass für die Parameteridentifikation keine dynamischen Simulations- oder Messdaten erforderlich sind. Dies ermöglicht eine schnelle Erstellung des äquivalenten dynamischen Modells.
Die vorgeschlagene Methodik wird in dynamischen Simulationen von vier Szenarien validiert. Die detaillierten aktiven Verteilungsnetze der Szenarien, die mit der vorgeschlagenen Methode aggregiert werden, unterscheiden sich in der Anzahl der netzbildenden Umrichter und der Netztopologie. Zu Vergleichszwecken wird der Ansatz mit einem bestehenden gray-box Ansatz verglichen, der in der Lage ist, äquivalente Modelle für Netze zu erstellen, die von konventionellen netzfolgenden Umrichtern dominiert werden. Die Simulationsergebnisse für verschiedene Ereignisse des detaillierten und des äquivalenten Modells werden verglichen. Das mit dem vorgeschlagenen Ansatz aggregierte äquivalente Modell reproduziert das dynamische Verhalten des detaillierten Netzes angemessen, während der bestehende Ansatz die Validierungskriterien nicht erfüllt. Darüber hinaus reduziert das äquivalente Modell die Komplexität des detaillierten Netzmodells bezüglich Knotenanzahl und Simulationsdauer erheblich.
Eine vereinfachte Anpassung des erzeugten äquivalenten dynamischen Modells an neue Arbeitspunkte wird in dieser Arbeit ebenfalls vorgeschlagen. Das angepasste Modell ist für eine beträchtliche Bandbreite von Last- und Erzeugungsszenarien gültig. Dies ermöglicht Stabilitätsstudien anhand einer Vielzahl unterschiedlicher Arbeitspunktszenarien, da eine aufwendige Erstellung des äquivalenten Modells vermieden wird.