NIchtlineares dynamisches Last-/Generatormodell mit leistungselektronischem Interface in aktiven Verteilnetzen zur Leistungskoordination in Übertragungsnetzen

点击翻译按钮获取中文摘要

Der geplante Ausbau erneuerbarer Energiequellen (EE) wird zu einem starken Anstieg volatiler und dezentraler Erzeuger auf allen Spannungsebenen führen. Bidirektionale Leistungsflüsse auf der Verteilnetzebene bis hin in die Übertragungsnetzebene begründen den zukünftigen Bedarf an aktiver Leistungskoordination auch auf der Verteilnetzebene und einer Erbringung von Systemdienstleistungen (SDL) aus der Verteilnetzebene für die Sicherung der Sicherheit und Stabilität im Übertragungsnetz. Daher müssen neue Konzepte zur Koordination für alle Spannungsebenen entwickelt werden, die neben der Optimierung der Koordination auf der eigenen Ebene auch das Wechselspiel zwischen den Spannungsebenen mit berücksichtigen. Dabei muss besonders auch auf das dynamische Verhalten der Verteilnetze eingegangen werden, um aus Sicht des Transportnetzes auch Aussagen über Spannungsstabilität, Verhalten bei Fehlern und Schwingungen in Systemen mit hohem EE-Anteil treffen zu können. Herausforderungen bei der Koordination und Modellierung der Verteilnetze bestehen insbesondere in der räumlichen Verteilung und der großen Anzahl relevanter Erzeuger, Lasten und Speicherelementen, sowie dem umfassenden Einsatz von Leistungselektronik (LE). Das nichtlineare dynamische Verhalten der LE beeinflusst die Netzstabilität entscheidend über die abnehmende Trägheitskonstante des Netzes und die bereitstellbare Blind- und Kurzschlussleistung. Gleichzeitig ermöglicht die LE eine echtzeitfähige Regelung als Wirk- und Blindleistung an diesen Schnittstellen und bietet somit neue Potenziale, deren Ausschöpfung als Beitrag zur Sicherheit und Stabilität des Gesamtsystems mittels innovativer schutz- und leittechnischer Konzepte ein wichtiges Ziel dieses TPs darstellt. Die bisher übliche getrennte Betrachtung der verschiedenen Spannungsebenen in Verteil- und Übertragungsnetzen einerseits sowie die Vernachlässigung der Interdependenzen zwischen Energie- und IKT-Systemen im Rahmen von Regelungs- und Koordinierungsverfahren andererseits erfordern neuartige Modelle, Verfahren und Evaluationsmöglichkeiten, die durch den interdisziplinären Ansatz der Forschergruppe gemeinsam erschlossen werden können. Die Kernfrage des Projektes ist die Modellierung der veränderten Verteilnetzebene, damit das Verhalten des Übertragungsnetzes bezüglich Belastung und Stabilität sowie Systemschutz und -regelung korrekt abgebildet werden kann. Die zwei Hauptziele des TP 7 sind daher zum einen die geeignete Modellbildung für das nichtlineare dynamische Verhalten von aktiven Verteilnetzen (AVN) mit hohem EE- und LE-Anteil, und zum anderen die Konzeption, Implementierung und Evaluation einer geeigneten Wirk- und Blindleistungskoordination im AVN als Beitrag zur Stabilität und Netzsicherheit des Übertragungsnetzes. Da es sich um sehr komplexe Modelle handelt, muss eine geeignete Ersatzmodellierung erfolgen, die auf Methoden zur Modellreduktion und zur Aggregation in Clustern und Knoten basiert. Ebenso soll ein Verfahren für die Leistungskoordination in AVN derart erfolgen, dass den schutz- und leittechnischen Applikationen im Übertragungsnetz, wie sie in TP 3 und 4 der Forschergruppe entwickelt werden, Informationen über die zuverlässige Regelflexibilität in Bezug auf die Wirk- und Blindleistungsbereitstellung des AVN übermittelt und diese Flexibilität zuverlässig abgerufen werden können. Die gemeinsame Untersuchung des ganzheitlichen Ansatzes der Forschergruppe durch gleichzeitige Simulation von Übertragungsnetz, AVN mit hohem EE-Anteil, informations- und kommunikationstechnischer (IKT-)-Infrastruktur sowie schutz- und leittechnischen Algorithmen im Hybridsimulator stellt hier ein Alleinstellungsmerkmal dar und ermöglicht die Erforschung des Gesamtsystemverhaltens in bisher einmaliger Tiefe.