Petersen saavutti hopeaa Rio de Janeiron olympialaisissa 2016 Tanskan ennätysajalla 53,55. Hän oli mukana myös vuoden 2012 kesäolympialaisissa Lontoossa, jossa hän jäi välieriin. Pekingin MM-kilpailuissa 2015 hän sijoittui neljänneksi ajalla 54,20. MM-kilpailuissa Berliinissä 2009, Daegussa 2011 ja Lontoossa 2017 hän jäi välieriin, Dohassa 2019 hänet hylättiin alkuerissä. Amsterdamin EM-kisoissa 2016 hän voitti kultaa ajalla 55,12. Helsingin 2012 ja Berliinin 2018 EM-kilpailuissa hän karsiutui välierissä, Barcelonassa 2010 ja Zürichissä 2014 alkuerissä. Vuoden 2009 kesäuniversiadeista Belgradista Petersen saavutti pronssia ajalla 56,40. Hän on voittanut urallaan yhden Timanttiliigan osakilpailun.