Modellierung der Betriebsführung elektrischer Übertragungsnetze für Netzplanungsprozesse

Von:

Hendrik Natemeyer

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Durch die zunehmende Anzahl an steuerbaren Betriebsmitteln in elektrischen Übertragungsnetzen ergeben sich neue Freiheitsgrade für die Netzbetriebsführung. Die Netzplanung muss diese Freiheitsgrade z.B. im Rahmen des Netzentwicklungsplans sachgerecht beurteilen, um das Potential der steuerbaren Betriebsmittel und ihre Rückwirkungen auf das übrige Netz zu erfassen. Die vorliegende Arbeit behandelt daher die Modellierung der Betriebsführung elektrischer Übertragungsnetze, um Werkzeuge zur Abbildung der betrieblichen Möglichkeiten in der Netzplanung zu schaffen. Neben der klassischen Planung eines engpassfreien Zielnetzes ist auch der planerische Umgang mit engpassbehaften Netzen durch Verzögerungen im Netzausbau ein Anwendungsfall der hier entwickelten Verfahren, weil dann eine maximale Ausnutzung vorhandener Flexibilität notwendig ist. Dabei stehen leistungsfl usssteuernde Maßnahmen zur Vermeidung von Betriebsmittelüberlastungen im (n-1)-Fall im Fokus: die Veränderung der Netztopologie mittels Schaltmaßnahmen sowie der Einsatz von Querregeltransformatoren und HGÜ-Systemen. Sind Engpässe mit solchen netzbezogenen Maßnahmen nicht heilbar, werden marktbezogene Maßnahmen betrachtet, wie z.B. der Eingriff in die Stromerzeugung (der sogenannte Redispatch), die folglich im Zusammenspiel mit den netzbezogenen Stellgrößen zu optimieren sind. Neben der Steuerung der Leistungsfl üsse werden die Veränderungen der Netzverluste und der Kurzschlussleistungen berücksichtigt. Je nach Fragestellung und den berücksichtigten Stellgrößen sind unterschiedliche Modellierungsansätze erforderlich bzw. geeignet. Es wird daher ein modularer Ansatz gewählt, der Optimierungsverfahren ebenso wie heuristische Ansätze beinhaltet. Durch die Kombination von exakten Verfahren mit linearen Sensitivitätsfaktoren sind die entwickelten Modelle effi zient auf reale großskalige Systeme anwendbar. Eine realistische Abbildung der operativen Grenzen der Netzbetriebsführung, insbesondere hinsichtlich der Dynamik der ergriff enen Maßnahmen, gewährleistet, dass die Potentiale der Betriebsführungsmaßnahmen in der Planung nicht überschätzt werden. Die Funktionalitäten der entwickelten Modelle werden im IEEE-118-Knoten- Testnetz und in einem detaillierten Modell des europäischen Übertragungsnetzes exemplarisch veranschaulicht. In einer Fallstudie wird außerdem ein engpassbehaftetes Netz betrachtet, in dem mittels gezielten Einsatzes von Querreglern in Kombination mit Schaltmaßnahmen eine kurzfristige und effiziente Reduktion der Redispatch-Bedarfe angestrebt wird. Die Genauigkeit der linearen Näherungen und die Rechengeschwindigkeiten erweisen sich als hoch, sodass die Anwendbarkeit in Planungsprozessen in realen Systemen gegeben ist.