Netzbildende Umrichter: SMA und M.O.E. bringen neues Nachweisverfahren in die Praxis
M.O.E.-Prüflabor und M.O.E.-Zertifizierungsstelle schließen gemeinsam mit SMA anspruchsvolle Nachweisführung nach VDE FNN Hinweis 2.1 ab
M.O.E.-Prüflabor und M.O.E.-Zertifizierungsstelle schließen gemeinsam mit SMA anspruchsvolle Nachweisführung nach VDE FNN Hinweis 2.1 ab
Der Hersteller SMA hat einen wichtigen Meilenstein bei der Entwicklung netzbildender Umrichter erreicht. Nach umfangreichen messtechnischen Prüfungen, Simulationen und Modellvalidierungen hat die Zertifizierungsstelle der M.O.E. für den Umrichter Sunny Central Storage UP-S 4600 mit Current Boost „Full Boost“ eine Prototypenbestätigung für netzbildende Eigenschaften auf Grundlage des VDE FNN Hinweises 2.1 ausgestellt. Es ist branchenweit die erste Prototypenbestätigung dieser Art.
Das Projekt führte eine noch junge technische Anforderung durch die vollständige praktische Nachweiskette: von der Entwicklung des Herstellers über die Prüfung durch das M.O.E.-Prüflabor bis zur unabhängigen Bewertung durch die M.O.E.-Zertifizierungsstelle. Insbesondere die messtechnische Untersuchung und die Validierung unterschiedlicher Simulationsmodelle stellten hohe Anforderungen an alle Beteiligten.
„Mein großer Glückwunsch gilt SMA und dem gesamten Projektteam. Hier wurde kein etabliertes Prüfprogramm abgearbeitet. Hersteller, Prüflabor und Zertifizierungsstelle haben ein junges und technisch anspruchsvolles Nachweisverfahren in die praktische Anwendung überführt. An vielen Stellen war das echte Pionierarbeit.“
Tobias Busboom, Geschäftsführer und Leiter der EZE-Zertifizierungsstelle und des Prüflabors, M.O.E.
Batteriespeicher werden zu einem wichtigen Baustein eines modernen Stromsystems. Sie nehmen Energie auf, wenn viel Strom zur Verfügung steht, und stellen ihn später wieder bereit. So helfen sie, wetterabhängige Erzeugung und Verbrauch zeitlich besser zusammenzuführen und heimisch erzeugte Energie bedarfsgerechter nutzbar zu machen.
Gleichzeitig verändert der Rückgang großer konventioneller Synchronmaschinen die technischen Eigenschaften des Netzes. Funktionen, die über Jahrzehnte mit diesen Maschinen verbunden waren, müssen in einem zunehmend umrichtergeprägten System auf andere Weise bereitgestellt werden. Netzbildende Umrichter können hierzu beitragen und unter definierten Voraussetzungen unter anderem Momentanreserve bereitstellen. Damit entwickelt sich der Batteriespeicher vom reinen Energiespeicher zum aktiven Systembaustein.
Für das M.O.E.-Prüflabor bedeutete die Einführung neuer Prüfabläufe mehr als deren regelkonforme Umsetzung: Entscheidend war, die technischen Hintergründe der Verfahren zu durchdringen, um reale Betriebssituationen mit den Prüfverfahren aussagekräftig zu verbinden. Die M.O.E.-Zertifizierungsstelle bewertete die Ergebnisse anschließend unabhängig und ordnete sie in den noch jungen Nachweisrahmen ein.
„Bei neuen Anforderungen entsteht Erfahrung erst in der Anwendung. Es reicht nicht, nur zu prüfen, ob ein Messergebnis innerhalb eines Toleranzbandes liegt. Wir müssen Messung, Prüfverfahren und reale Betriebssituationen zusammen denken und verstehen, was die Ergebnisse tatsächlich aussagen. Erst auf dieser Grundlage lassen sich Abweichungen zwischen Messung und Simulation richtig einordnen und Modelle belastbar validieren.“
Michel Sievers, stellv. Leiter des Prüflabors, M.O.E.
Ein Schwerpunkt des Projekts lag auf der Modellvalidierung. Das reale Verhalten des Umrichters musste anhand der Messungen mit unterschiedlichen Modellansätzen, unter anderem EMT- und RMS-Modellen, nachvollzogen werden. Enge zulässige Abweichungen treffen dabei auf unterschiedliche Simulationsverfahren, Messunsicherheiten und dynamische Effekte. In mehreren Punkten waren deshalb zusätzliche Evaluierungsuntersuchungen erforderlich.
M.O.E. würdigt ausdrücklich die Arbeit der Fachleute, die in den vergangenen Jahren die technischen Grundlagen für solche Nachweise geschaffen haben. VDE FNN, FGW sowie Experten aus Netzbetrieb, Herstellern, Prüflaboren und Zertifizierungsstellen haben mit erheblichem Ressourceneinsatz Anforderungen, Messverfahren, Modellierung und Zertifizierungsprozesse weiterentwickelt und in kurzer Zeit konkretisiert.
Die Erfahrungen aus den ersten realen Prüf- und Zertifizierungsprojekten sind dabei Teil der nächsten Entwicklungsstufe. M.O.E. wird die im Projekt gewonnenen Erkenntnisse in die weitere Fach- und Richtlinienarbeit einbringen. Denn nur wenn Anforderungen, Messpraxis, Simulation und Zertifizierung kontinuierlich aufeinander zurückwirken, entstehen Verfahren, die zwar technisch anspruchsvoll, aber auch zugleich praktikabel sind.
Die technische Aufgabe ist klar: Ein Stromsystem mit hohen Anteilen wetterabhängiger Erzeugung muss Energie zuverlässig, bedarfsgerecht und wirtschaftlich verfügbar machen und zugleich seine Stabilität sichern. Batteriespeicher können dabei Flexibilität und Systemdienstleistungen verbinden.
Mit der erfolgreichen Prototypenbestätigung von SMA ist diese Entwicklung einen konkreten Schritt weiter: Aus einer jungen technischen Anforderung wird eine praktisch geprüfte und unabhängig bewertete Eigenschaft.
„Mit dem steigenden Anteil erneuerbarer Energien verändert sich auch die Art und Weise, wie Netzstabilität sichergestellt wird. Projekte wie Blackhillock und Föhren haben bereits gezeigt, welchen Beitrag Batteriespeicher mit netzbildenden Wechselrichtern zur Stabilität des Stromsystems leisten können. Mit dieser Prototypenbestätigung schaffen wir die Voraussetzung, diese Fähigkeiten künftig auch im deutschen Markt für Momentanreserve einzusetzen.“
Daniel Duckwitz, Specialist Grid Stability, SMA
The manufacturer SMA has reached an important milestone in the development of grid-forming inverters. Following extensive testing, simulations, and model validations, the M.O.E. certification body has issued a prototype confirmation for grid-forming capabilities based on VDE FNN Guideline 2.1 for the Sunny Central Storage UP-S 4600 inverter with “Full Boost” current boost. This is the first prototype confirmation of its kind in the industry.
The project took a newly introduced technical requirement through the complete practical verification process: from the manufacturer’s development phase, through testing by the M.O.E. test laboratory, to independent evaluation by the M.O.E. certification body. In particular, the practical testing and validation of various simulation models presented significant technical challenges for all parties involved.
“My sincere congratulations go out to SMA and the entire project team. No established testing and certification process was simply followed here. The manufacturer, test laboratory, and certification body worked together to bring a new and technically demanding verification method into practical application. In many respects, this was true pioneering work.”
Tobias Busboom, Managing Director and Head of the EZE Certification Body and Test Laboratory, M.O.E.
Battery storage systems are becoming a key component of a modern power system. They store energy when plenty of electricity is available and feed it into the grid when it is needed. In this way, they help better align weather-dependent generation and consumption over time and make locally generated energy available when it is needed.
At the same time, the decline in the use of large conventional synchronous machines is changing the technical characteristics of the grid. Functions that have been associated with these machines for decades must now be provided in other ways within a system increasingly dominated by inverters. Grid-forming inverters can contribute to this and, under defined conditions, provide inertia, among other things. As a result, battery storage systems are evolving from energy storage units into active system components.
For the M.O.E. Test Laboratory, introducing the new testing procedures involved more than simply following the requirements. It was important to understand the technical background of the procedures and to connect the test methods with real operating conditions. The M.O.E. Certification Body then independently evaluated the results and assessed them within the new verification framework.
“With new requirements, experience is gained through practical application. It is not enough to simply check whether a measurement result falls within a specified tolerance range. We need to consider the measurements, test procedures, and real operating conditions together and understand what the results actually mean. Only on this basis can differences between measurements and simulations be properly assessed and models reliably validated.”
Michel Sievers, Deputy Director of the Test Laboratory, M.O.E.
A key focus of the project was model validation. The actual behavior of the inverter had to be matched against the measurements using different modeling approaches, including EMT and RMS models. Tight allowable deviations had to be considered alongside different simulation methods, measurement uncertainties, and dynamic effects. This required additional evaluation in several areas.
M.O.E. would like to expressly acknowledge the work of the experts who have laid the technical foundations for this type of verification in recent years. VDE FNN, FGW, and experts from grid operators, manufacturers, test laboratories, and certification bodies have invested significant resources in developing and defining requirements, measurement methods, modeling approaches, and certification processes, bringing them into practical form within a short period of time.
The experience gained from the first practical testing and certification projects will also contribute to the next stage of development. M.O.E. will bring the experience gained from this project into further technical and guideline development. Only when requirements, measurement practice, simulation, and certification continuously inform and improve one another can procedures be developed that are technically demanding while also being practical to apply.
The technical challenge is clear: A power system with a high share of weather-dependent generation must provide energy reliably, when needed, and cost-effectively, while also maintaining system stability. Battery storage systems can combine flexibility with system services.
With SMA’s successful prototype confirmation, this development has taken a significant step forward: a new technical requirement has become a practically tested and independently evaluated capability.
As the share of renewable energy increases, the way we ensure grid stability is evolving. Projects such as Blackhillock and Föhren have already demonstrated how battery storage systems equipped with grid-forming inverters can contribute to power system stability. With this prototype confirmation, we are laying the foundation for these capabilities to be used in the German inertia market.”
Daniel Duckwitz, Specialist Grid Stability, SMA
Akkreditiert als Zertifizierungsstelle nach DIN EN ISO/IEC 17065, Inspektionsstelle nach DIN EN ISO/IEC 17020 und als Prüflabor nach DIN EN ISO/IEC 17025 von der Deutschen Akkreditierungsstelle (DAkkS). Ehemals empfohlen vom Bundesverband der Energie- und Wasserwirtschaft e.V. (BDEW) und aktuell von der FGW e.V. – Fördergesellschaft Windenergie und andere Erneuerbare Energien.
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