Betriebsplanung für aktive Verteilnetze

Aufgrund steigender Durchdringung von Erzeugungsanlagen auf Basis erneuerbarer Energien und neuartigen Lasten wie Wärmepumpen und Elektrofahrzeugen ist eine zunehmende Netzauslastung in der Verteilnetzebene zu verzeichnen, infolge derer Netzbetreiber zur Wahrung der Netzsicherheit Gegenmaßnahmen ergreifen müssen. Aufgrund regulatorischer und technischer Veränderungen werden netzbetriebliche Gegenmaßnahmen, wie bspw. Eingriffe in die Last- und Einspeise-situation der Netznutzer, als Alternative zu konventionellem Netzausbau diskutiert und zunehmend eingesetzt. Im Zeit-bereich des Netzbetriebs überwach- und ansteuerbare Verteilnetze werden als aktive Verteilnetze bezeichnet. Weil eine netzbetreiberübergreifende Maßnahmenkoordination und netzbetriebliche Gegenmaßnahmen Vorlaufzeiten erfordern, sind Entscheidungen bereits vorab im Zeitbereich der Betriebsplanung und somit auf Basis von Netznutzungsprognosen zu treffen. Bedingt durch hohe Prognosefehler der Netznutzung müssen Betriebsplanungsprozesse betriebliche Unsicher-heiten hinsichtlich ihrer Wirkung auf mögliche Netzengpässe abbilden. Eine optimierte Bestimmung von Gegenmaßnahmen muss dann unter Berücksichtigung dieser Unsicherheiten erfolgen. Die notwendigen Prozesse zur Erfüllung der beschrie-benen Aufgaben sind heute noch nicht vollumfänglich ausgestaltet. Daher ist das Ziel dieser Arbeit, eine geeignete Aus-gestaltung der zukünftigen Betriebsplanung für aktive Verteilnetze mithilfe von entwickelten Prozessentwürfen und erfor-derlichen Optimierungsverfahren abzuleiten.
Erster wissenschaftlicher Beitrag ist ein neuartiger Betriebsplanungsprozess für Mittel- und Niederspannungsnetze, der die Unsicherheiten in der Prognose der Netznutzung in angemessener Weise berücksichtigt. Dieser Prozess sieht im ersten Schritt die Bestimmung der probabilistischen Netznutzung mittels Kerndichteschätzung vor, welche auf Basis historischer
Prognosen und Prognosefehler parametriert wird. Zweiter Prozessschritt ist ein innovatives analytisches Verfahren, welches den Zusammenhang zwischen probabilistischer Netznutzung und den probabilistischen Systemgrößen Strom und Spannung auf Basis der komplexen Leistungsflussgleichungen geeignet approximiert. Mittels Integration der resultierenden
Wahrscheinlichkeitsdichtefunktionen der Spannungen und Ströme können dann unter Berücksichtigung eines durch den Anwender wählbaren Risikopräferenzmaßes (sog. Sicherheitsniveau) kritische Ströme und Spannungen abgeleitet werden. Diese Kenngrößen sind im dritten Schritt des Prozesses Eingangsgrößen einer innovativen Leistungsflussoptimierung, die auf einem sukzessiven Optimierungsansatz beruht. Die Wirkung der Gegenmaßnahmen auf die Systemgrößen Strom und Spannung wird dabei in jeder Iteration linear bzw. quadratisch approximiert.
Zweiter wissenschaftlicher Beitrag sind Untersuchungen an ausgewählten Netzen, die den Mehrwert derartiger proba-bilistischer Ansätze im Betriebsplanungsprozess gegenüber dem Stand der Technik bestimmen. Detailuntersuchungen zeigen dabei, dass der gewählte Optimierungsansatz aus den verfügbaren Gegenmaßnahmen stets geeignete Maß-nahmen auswählt. Die Vorlaufzeit der Planung und das gewählte Sicherheitsniveau zeigen einen erheblichen Einfluss auf den Maßnahmenbedarf. Die Simulation des Gesamtprozesses macht schließlich deutlich, dass ein Zielkonflikt zwischen frühzeitigem Maßnahmenabruf, Gesamtmaßnahmenbedarf und Bedarf für kurzfristige Notfallmaßnahmen besteht, der
durch Parametrierung und Prozessausgestaltung beeinflusst werden kann