Die Momentanreserve ist eine systeminh盲rente F盲higkeit von netzbildenden Anlagen, die unverz枚gert in Erscheinung tritt, wenn das Gleichgewicht aus Last und Erzeugung im System gest枚rt wird.聽

Momentanreserve besteht aus zwei wesentlichen Komponenten:聽

• Instantane Momentanreserve (instantaner Ausgleich der St枚rung durch Leistungsreserve)聽
• Momentanreserve (Tr盲gheit zur Begrenzung der Frequenz盲nderung)

Nach Eintritt einer St枚rung (z. B. der Trennung einer Erzeugungsanlage) verteilt sich diese 眉ber das System auf alle 眉brigen Erzeugungsanlagen. Netzbildende Anlagen (wie Synchrongeneratoren oder Anlagen mit netzbildenden Umrichtern) reagieren instantan auf diese St枚rung. An diesen springt die eingespeiste Leistung quasi instantan, sodass die St枚rleistung in Summe kompensiert wird. Die eingespeiste Leistung, die entsprechend der St枚rleistung reduziert oder erh枚ht sein kann, kommt aber nicht aus der Erzeugung der Anlage, sondern aus der Energie ihrer realen oder synthetischen Schwungmasse. Die Drehzahl bzw. Frequenz der netzbildenden Anlage nimmt durch eine zus盲tzliche Leistungsabgabe ab und durch eine reduzierte Leistungsabgabe zu, aber die Frequenz springt nicht (Tr盲gheit). Das hei脽t der Gradient der Frequenz wird proportional zur Schwungmasse reduziert.聽

Ohne zus盲tzliche Ma脽nahmen, w眉rde die Frequenz aber alleine mit der Wirkung der Momentanreserve weiter fallen. F眉r kleine St枚rungen bis ca. 3 GW im europ盲ischen Verbundnetz kann dies die marktbasierte Prim盲rregelung verhindern. Sie dient der Frequenzhaltung und ist darauf ausgelegt, die Frequenz im quasistation盲ren Betrieb innerhalb der definierten Grenzen 50 Hz 卤 200 mHz zu halten. Nach kurzer Zeit reagiert diese auf die St枚rung und die Anlagen erh枚hen oder reduzieren ihre erzeugte Leistung. Dadurch wird die Drehzahl der netzbildenden Anlagen stabilisiert und bleibt im festgelegten Betriebsbereich. Sinkt die Frequenz allerdings aufgrund gr枚脽erer St枚rereignisse zu schnell kann die marktliche Prim盲rregelung sie nicht rechtzeitig wieder stabilisieren.聽

Sp盲testens dann m眉ssen sich alle Anlagen im System im Rahmen der Frequenzregelung an der Behebung der St枚rung beteiligen, und zwar mit systemst眉tzenden Eigenschaften, welche derzeit in den Technischen Anschlussregeln des VDE FNN etabliert werden.聽

Wo werden die F盲higkeiten eingef眉hrt?

*MinAnf: Mindestanforderung

**VDE FNN Hinweis 鈥濼echnische Anforderungen an Netzbildende Eigenschaften inklusive der Bereitstellung von Momentanreserve鈥�

Zu den systemst眉tzenden Eigenschaften geh枚rt die netzsicherheitsbasierte Prim盲rregelung f眉r Erzeugungsanlagen, Speicher und kontinuierlich regelbare Lasten. Sie ist die nationale Umsetzung des LFSM-O/U Betriebs, welche laut Connection Code Requirements for Generators (RfG) gefordert wird. Die netzsicherheitsbasierte Prim盲rregelung ersetzt das 鈥濬ahren auf der Kennlinie鈥� im 脺ber- und Unterfrequenzbereich.聽

Bei der netzsicherheitsbasierten Prim盲rregelung handelt es sich wie der Name bereits verspricht um eine Prim盲rregelung, die beim 脺berschreiten bzw. Unterschreiten des Frequenzbandes von 50 Hz 卤 200 mHz aktiviert wird mit dem Ziel den Gradienten der Frequenz auf Null auszuregeln. Sie unterscheidet sich ganz wesentlich von der bisher in den TAR etablierten P(f)-Regelung (鈥濬ahren auf der Kennlinie鈥�). Bei der Netzsicherheitsbasierten Prim盲rregelung werden n盲mlich anders als bisher die Wirkleistungsstellgeschwindigkeiten der Erzeugungsanlagen auf eine definierte Schwungmasse abgestimmt. Bei konventionellen Kraftwerken und Anlagen mit netzbildenden Umrichtern handelt es sich hierbei um die eigene Schwungmasse. Netzfolgende umrichterbasierte Anlagen bringen selbst keine eigene Schwungmasse mit. Vielmehr ben枚tigen sie f眉r einen stabilen Betrieb die Schwungmasse des Systems 鈥� also jene anderer netzbildender Anlagen - auf welche die Netzsicherheitsbasierte Prim盲rregelung abgestimmt werden muss.聽

Betrachtet man hierbei den geschlossenen Regelkreis aus der Frequenzleistungsregelung und der Schwungmasse, ergibt sich bei korrekter Auslegung f眉r Kleinsignal- und Gro脽signalst枚rungen ein in sich stabiles System. In dieser Kombination weist die Anlage somit die Eigenschaft der Eigenstabilit盲t (hinsichtlich der Frequenz bzw. des Wirkleistungsverhaltens) auf. Das bedeutet, dass die Anlage f眉r gewisse St枚rungen in der Lage ist sich selbst zu stabilisieren hinsichtlich der Spannungs- und Frequenzgrenzen, die f眉r sie gelten. Auch die Summe solcher Systeme ist dann insgesamt stabil, was eine wesentliche Grundlage darstellt f眉r das Beherrschen von gro脽en St枚rereignissen, wie beispielsweise dem System Split, im deutschen Verbundsystem. Ben枚tigt eine netzbildende Anlage mit einer gro脽en realen oder virtuellen Schwungmasse aufgrund ihres schnellen Regelverm枚gens lediglich einen kleinen Teil dieser f眉r ihre Eigenstabilit盲t, so kann sie den 眉brigen Teil ihrer Schwungmasse den netzfolgenden Anlagen im System zur Verf眉gung stellen, damit diese stabil betrieben werden k枚nnen.聽

Auch das frequenzgesteuerte Ab- und Zuschalten von Bezugsanlagen wie W盲rmepumpen und unidirektionale Ladeeinrichtungen f眉r Elektrofahrzeuge geh枚rt zu den systemst眉tzenden Eigenschaften. Kann die Prim盲rregelreserve und die Netzsicherheitsbasierte Prim盲rregelung das Gleichgewicht zwischen Erzeugung und Last nicht schnell genug wieder herstellen, f盲llt die Netzfrequenz zu stark ab und gelangt au脽erhalb der festgelegten Betriebsgrenzen. Im Falle einer Lastunterdeckung, kann die Frequenz daraufhin den Grenzwert von 49,0 Hz unterschreiten. In solchen F盲llen, kam bisher als sogenannte Letztma脽nahme des Systemschutzplans der automatische unterfrequenzabh盲ngige Lastabwurf (UFLA) zum Einsatz. Hierbei kommt es zum Abwurf eines oder mehrerer Versorgungsgebiete auf Verteilnetzebene, wodurch der Leistungsbezug gro脽fl盲chig reduziert werden konnte. Aufgrund der hohen Durchdringung von EE-Anlagen im Verteilnetz, werden diese EE-Anlagen zuk眉nftig aber dadurch ebenfalls vom Netz getrennt und ihre wertvollen F盲higkeiten gehen f眉r die St眉tzung des Systems w盲hrend der St枚rung wie auch f眉r die Wiederherstellung des Normalbetriebs verloren.聽

Eine selektive und diskriminierungsfreie Abschaltung von Lasten wird demnach durch die UFLA zuk眉nftig nicht mehr in allen Netznutzungsf盲llen m枚glich sein. Die UFLA bleibt aber eine essenzielle Ma脽nahme des Systemschutzplans. Ihre Wirkung soll deshalb erhalten werden 眉ber die Festlegung einer frequenzgesteuerten Ab- und Zuschaltung in den Technischen Anschlussregeln f眉r nicht kontinuierlich regelbare Bezugsanlagen (bspw. W盲rmepumpen und Ladeeinrichtungen), da diese zuk眉nftig einen gro脽en Einfluss auf die Systemstabilit盲t haben werden.聽

Wo werden die F盲higkeiten eingef眉hrt?

*MinAnf: Mindestanforderung

Das Auftreten eines St枚rereignisses, konkret einer gro脽en St枚rung des Gleichgewichts zwischen Erzeugung und Last, wird aufgrund der physikalischen Eigenschaften des Stromversorgungssystems begleitet von einer 脛nderung der Netzfrequenz mit einer entsprechenden Frequenz盲nderungsgeschwindigkeit (RoCoF: Rate of Change of Frequency). Damit Kundenanlagen dem System w盲hrend und nach solchen Situationen ihre essenziellen systemst眉tzenden Eigenschaften zur Verf眉gung stellen k枚nnen, m眉ssen diese daf眉r ausgelegt sein, das Auftreten bestimmter Frequenz盲nderungsgeschwindigkeiten zu 眉berstehen und am Netz zu bleiben.

Wo werden die F盲higkeiten eingef眉hrt?

*MinAnf: Mindestanforderung聽

Netzbildende Eigenschaften setzen die Grundvoraussetzung f眉r den Betrieb nicht netzbildender Anlagen (umrichterbasierte Typ-2-Anlagen), die heute Stand der Technik sind. Aufgrund des im Rahmen der Energiewende stark sinkenden Anteils netzbildender Typ-1-Anlagen (Synchronmaschinen in Gro脽kraftwerken), m眉ssen zuk眉nftig auch Typ-2-Anlagen 鈥� insbesondere Erneuerbare-Energien-Anlagen und Speicher 鈥� netzbildend werden. Eine Herausforderung stellt dabei insbesondere die 脺bergangszeit dar, in der ein geringer Anteil netzbildender Anlagen auf eine sehr hohe Anzahl nicht netzbildender Anlagen trifft.聽

Die netzbildende Eigenschaft stellt im Prinzip das Verhalten einer tr盲gheitsbehafteten Spannungsquelle dar. Das bedeutet eine Einheit mit netzbildenden Eigenschaften:聽

• Gibt Spannung und Frequenz an ihren Klemmen vor聽
• Stellt Phasensprungleistung (instantane Momentanreserve) bereit聽
• Stellt Tr盲gheit (Momentanreserve) bereit聽
• Kann bei einem Kurzschlussverh盲ltnis (SCR) = 0 betrieben werden
• Tr盲gt nicht zur Minderung des effektiven Kurzschlussleistungsverh盲ltnis (ESCR) im System bei.聽

Die Systemtransformation bei bis zu 100 % Erneuerbaren-Energien-Anlagen kann nur dann gelingen, wenn ausreichend netzbildende Anlagen im Stromversorgungssystem vorhanden sind.

Dabei stellt die Weiterentwicklung zu netzbildendem Verhalten insbesondere bei umrichterbasierten Erzeugungsanlagen kein einfaches Upgrade dar. Im Gegenteil: diese Eigenschaft erfordert grundlegend andere Voraussetzungen und Anforderungen f眉r Erzeugungsanlagen. Die Anforderungen, die von netzbildenden Anlagen erf眉llt werden m眉ssen und entsprechende Nachweise, die erbracht werden m眉ssen, sind im FNN Hinweis "Technische Anforderungen an Netzbildende Eigenschaften inklusive der Bereitstellung von Momentanreserve鈥� beschrieben. Die Einhaltung der Anforderungen und Nachweise in diesem FNN Hinweis sind auch die technische Voraussetzung f眉r netzbildende Anlagen, die am zuk眉nftigen Momentanreservemarkt teilnehmen sollen.

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*MinAnf: Mindestanforderung

**VDE FNN Hinweis 鈥濼echnische Anforderungen an Netzbildende Eigenschaften inklusive der Bereitstellung von Momentanreserve鈥�

Hinsichtlich der Wirkleistungsregelung erf眉llt eine Kundenanlage das Kriterium der Eigenstabilit盲t durch korrekte Auslegung der Netzsicherheitsbasierten Prim盲rregelung. Hinsichtlich der Spannungsregelung wird dieses Kriterium erf眉llt mit der Implementierung der schnellen Spannungsregelung.聽

In dieser Kombination wird die Kundenanlage in die Lage versetzt einen stabilen Arbeitspunkt konstant aufrecht zu erhalten und sich f眉r gewisse St枚rungen selbst zu stabilisieren hinsichtlich der Spannungs- und Frequenzgrenzen, die f眉r sie gelten. Auch die Summe von eigenstabilen Systemen (Kundenanlagen) ist dann insgesamt stabil, was eine wesentliche Grundlage darstellt f眉r das Beherrschen von gro脽en St枚rereignissen, wie beispielsweise dem System Split, im deutschen Verbundsystem.聽

Bei solchen Ereignissen muss zur Wahrung des Gleichgewichts zwischen Erzeugung und Last nach Beseitigung des Fehlers eine ungewollte Abschaltung der Kundenanlage bei definierten Fehlerereignissen zwingend vermieden werden. Diese Robustheitsanforderung wird auch als Over-Voltage- bzw. Under-Voltage-Ride-Through bezeichnet (O-/UVRT-Robustheit). Doch um die Ausweitung von Spannungstrichtern zu beschr盲nken, wird auch ein netzdienlicher Beitrag der Kundenanlagen erwartet mit der Einspeisung eines entsprechenden Blindstroms in das Netz.聽

Wo werden die F盲higkeiten eingef眉hrt?

聽*MinAnf: Mindestanforderung

Die schnelle Spannungsregelung聽stellt sicher, dass die Spannung an den Einheitenklemmen schnell und stabil auf einen station盲ren Wert ausgeregelt wird. Dabei werden Anforderungen an die zu erbringende Dynamik und D盲mpfung der Regelung gestellt sowie das Verm枚gen auch an sehr niedrigen Kurzschlussverh盲ltnissen am NAP (SCR) stabil zu funktionieren. Die schnelle Spannungsregelung ist dabei parallel zur langsamen Spannungsregelung im Eingriff. Hinsichtlich der Spannung an den Einheitenklemmen, stellt sich die Einheit Dank der schnellen Spannungsregelung im Prinzip wie eine Spannungsquelle hinter einer Impedanz dar.

Wo werden die F盲higkeiten eingef眉hrt?

聽*MinAnf: Mindestanforderung

Hierbei ist von der Anlage Blindleistung bereitzustellen, sodass die Spannung an den vorgelagerten Netzknoten innerhalb vertr盲glicher Grenzwerte gehalten werden kann. Die statische Spannungshaltung zielt darauf ab, langsame (quasistation盲re) 脛nderungen der Spannung auszuregeln. Hierf眉r werden in den Technischen Anschlussregeln verschiedene Verfahren vorgegeben, die von Erzeugungsanlagen, Speichern und Bezugsanlagen erf眉llt werden m眉ssen.聽

Wo werden die F盲higkeiten eingef眉hrt?

聽*MinAnf: Mindestanforderung

Der VDE FNN Hinweis "Netzbildende Eigenschaften" definiert die notwendigen technischen Anforderungen und Nachweise an netzbildende Kundenanlagen inklusive der Bereitstellung von Momentanreserve. Er liefert die technische Grundlage, um am Momentanreservemarkt teilzunehmen und stellt damit einen wichtigen Meilenstein der Roadmap Systemstabilit盲t des BMWK dar.

Zur Gew盲hrleistung der Teilnetzbetriebsf盲higkeit inkl. der 脺berfrequenzregelung bei Gro脽st枚rungen, beschreibt der VDE FNN Hinweis Anforderungen und Nachweise f眉r Erzeugungsanlagen, kontinuierlich regelbare Speichersysteme und Verbrauchseinrichtungen.