Einfluss von Verteilnetzen auf die dynamische Spannungshaltung im Übertragungsnetz
von Sirkka Porada, herausgegeben von Albert Univ.-Prof. Dr.-Ing. MoserDas Voranschreiten der Energiewende führt zu einer höheren und volatileren Auslastung des elektrischen Übertragungs-netzes sowie einem Wegfall relevanter Blindleistungsquellen. Hieraus resultieren erhebliche Herausforderungen für die
dynamische Spannungshaltung, welche die Einhaltung der Spannungsgrenzen nach plötzlichen Änderungen der Netz-nutzungssituation sicherstellt.
Bisher werden zur dynamischen Spannungshaltung hauptsächlich Synchrongeneratoren konventioneller Kraftwerke einge-setzt, die zunehmend stillgelegt werden. Alternative Blindleistungsquellen, wie automatisch stufbare oder leistungselek-tronische Kompensationsanlagen, unterscheiden sich in ihrem Regelungsverhalten teils signifikant von Synchrongene-ratoren. Gleichzeitig wandeln sich die unterlagerten Verteilnetze immer mehr von passiv zu aktiv betriebenen Netzen mit einer hohen Durchdringung automatisierter lokaler Spannungs- und Blindleistungsregelungen. Dabei ist eine wechsel-seitige Beeinflussung der Regelungsvorgänge im Verteil- und Übertragungsnetz denkbar. Vor diesem Hintergrund wird in dieser Dissertation untersucht, welchen Einfluss Verteilnetze auf die dynamische Spannungshaltung im Übertragungsnetz haben und inwieweit Wechselwirkungen zwischen dynamischen Vorgängen im Übertragungs- und Verteilnetz auftreten.
Zur Untersuchung dieser Fragestellungen erfolgt die Entwicklung eines Verfahrens zur Simulation dynamischer Vorgänge im Zeitbereich von Sekunden bis Minuten, welches auf ausgedehnte Übertragungs- und Verteilnetze anwendbar ist. Das entwickelte Verfahren berücksichtigt Last- und Einspeiseschwankungen im Langzeitbereich sowie diskrete Vorgänge, wie das Stufen automatisch geregelter Transformatoren und Kompensationsanlagen. Dabei erfolgt die realitätsnahe Abbildung von Einspeiseschwankungen dargebotsabhängiger Erzeugungsanlagen unter Verwendung eines zweistufigen Monte- Carlo Markov Chain-Verfahrens.
Das entwickelte Verfahren findet exemplarisch auf einem Modell des Elektrizitätsversorgungssystems des Jahres 2030 Anwendung. Die exemplarischen Untersuchungen zeigen, dass der Einfluss von Verteilnetzen auf die dynamische Spannungshaltung im Übertragungsnetz im ungestörten Betrieb vernachlässigbar gering ist. Kommt es jedoch zu einer plötzlichen Änderung der Blindleistungsbilanz, z. B. infolge eines Betriebsmittelausfalls, zeigt sich ein erheblicher Einfluss der Verteilnetze auf die dynamische Spannungshaltung im Übertragungsnetz. Des Weiteren zeigen die Untersuchungen, dass es insbesondere bei diskreten Regelungsvorgängen im Verteil- und Übertragungsnetz zu Wechselwirkungen kommt, welche zu einem veränderten Einsatz regelbarer Blindleistungsquellen im Übertragungsnetz führen können. Folglich sind sowohl für netzplanerische als auch für netzbetriebliche Fragestellungen des Übertragungsnetzes sachgerechte Hoch- und Mittelspannungsnetzmodelle erforderlich, die das spannungsabhängige Verhalten der Netze im Fehlerfall unter Berück-sichtigung diskreter Regelungsvorgänge adäquat abbilden.
Bisher werden zur dynamischen Spannungshaltung hauptsächlich Synchrongeneratoren konventioneller Kraftwerke einge-setzt, die zunehmend stillgelegt werden. Alternative Blindleistungsquellen, wie automatisch stufbare oder leistungselek-tronische Kompensationsanlagen, unterscheiden sich in ihrem Regelungsverhalten teils signifikant von Synchrongene-ratoren. Gleichzeitig wandeln sich die unterlagerten Verteilnetze immer mehr von passiv zu aktiv betriebenen Netzen mit einer hohen Durchdringung automatisierter lokaler Spannungs- und Blindleistungsregelungen. Dabei ist eine wechsel-seitige Beeinflussung der Regelungsvorgänge im Verteil- und Übertragungsnetz denkbar. Vor diesem Hintergrund wird in dieser Dissertation untersucht, welchen Einfluss Verteilnetze auf die dynamische Spannungshaltung im Übertragungsnetz haben und inwieweit Wechselwirkungen zwischen dynamischen Vorgängen im Übertragungs- und Verteilnetz auftreten.
Zur Untersuchung dieser Fragestellungen erfolgt die Entwicklung eines Verfahrens zur Simulation dynamischer Vorgänge im Zeitbereich von Sekunden bis Minuten, welches auf ausgedehnte Übertragungs- und Verteilnetze anwendbar ist. Das entwickelte Verfahren berücksichtigt Last- und Einspeiseschwankungen im Langzeitbereich sowie diskrete Vorgänge, wie das Stufen automatisch geregelter Transformatoren und Kompensationsanlagen. Dabei erfolgt die realitätsnahe Abbildung von Einspeiseschwankungen dargebotsabhängiger Erzeugungsanlagen unter Verwendung eines zweistufigen Monte- Carlo Markov Chain-Verfahrens.
Das entwickelte Verfahren findet exemplarisch auf einem Modell des Elektrizitätsversorgungssystems des Jahres 2030 Anwendung. Die exemplarischen Untersuchungen zeigen, dass der Einfluss von Verteilnetzen auf die dynamische Spannungshaltung im Übertragungsnetz im ungestörten Betrieb vernachlässigbar gering ist. Kommt es jedoch zu einer plötzlichen Änderung der Blindleistungsbilanz, z. B. infolge eines Betriebsmittelausfalls, zeigt sich ein erheblicher Einfluss der Verteilnetze auf die dynamische Spannungshaltung im Übertragungsnetz. Des Weiteren zeigen die Untersuchungen, dass es insbesondere bei diskreten Regelungsvorgängen im Verteil- und Übertragungsnetz zu Wechselwirkungen kommt, welche zu einem veränderten Einsatz regelbarer Blindleistungsquellen im Übertragungsnetz führen können. Folglich sind sowohl für netzplanerische als auch für netzbetriebliche Fragestellungen des Übertragungsnetzes sachgerechte Hoch- und Mittelspannungsnetzmodelle erforderlich, die das spannungsabhängige Verhalten der Netze im Fehlerfall unter Berück-sichtigung diskreter Regelungsvorgänge adäquat abbilden.