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Transitionspfade von Engpassbehebungsmaßnahmen in der Betriebsführung elektrischer Übertragungsnetze = Transition paths of congestion management measures in power system operation
2022
Dissertation, RWTH Aachen University, 2022
Genehmigende Fakultät
Fak06
Hauptberichter/Gutachter
;
Tag der mündlichen Prüfung/Habilitation
2022-03-16
Einrichtungen
Inhaltliche Beschreibung (Schlagwörter)
Engpassmanagement (frei) ; Netzbetriebsführung (frei) ; congestion management (frei) ; continuation power flow (frei) ; optimal power flow (frei) ; power system operation (frei)
Thematische Einordnung (Klassifikation)
DDC: 621.3
Kurzfassung
Die im Rahmen der Energiewende forcierte Substitution konventioneller Kraftwerke durch regenerative Stromerzeugungsanlagen sowie die verzögerte Umsetzung von Netzausbauprojekten führen zunehmend zu Höherauslastungen oder gar Engpässen im elektrischen Übertragungsnetz. Zur Engpassbehebung stehen Übertragungsnetzbetreibern verschiedene markt- und netzseitige Eingriffsmöglichkeiten, wie z.B. die Modifikation von Kraftwerksfahrplänen durch Redispatch oder das gezielte Anpassen der Netztopologie durch Schaltmaßnahmen, zur Verfügung. Der erwartete Anstieg an betrieblichen Eingriffen sowie die Höherauslastung des Übertragungsnetzes gehen mit steigenden Anforderungen an die Koordination und Umsetzung der Maßnahmen einher. Zur Gewährleistung der Durchführbarkeit von geeigneten Engpassbehebungsmaßnahmen (EBM) ist daher die Bestimmung einer zulässigen zeitlichen Abfolge der Teilmaßnahmen unter Berücksichtigung der technischen Grenzwerte notwendig. Dabei gilt es, die Netzsicherheit in allen Zwischenschritten der Abfolge zu wahren. Der im Rahmen der Arbeit als Untersuchungsgegenstand definierte Transitionspfad beschreibt das Systemverhalten des Übertragungsnetzes unter Berücksichtigung einer veränderlichen Transportaufgabe und eines koordinierten Einsatzes betrieblicher Eingriffe. Zur Analyse des Einflusses der Umsetzungsreihenfolge von EBM im Kontext des Transitionspfades wird ein zweistufiges Verfahren zur Simulation des Übertragungsnetzbetriebs entwickelt. Die erste Stufe besteht dabei aus einem Optimierungsproblem zur Identifikation und Dimensionierung von EBM für diskrete Betrachtungszeitpunkte. Kern der zweiten Verfahrensstufe ist eine quasi-stationäre Simulation des Transitionspfades zwischen den zuvor bestimmten engpassfreien Systemzuständen mithilfe eines Continuation Power Flow (CPF). Den zentralen Freiheitsgrad bildet dabei die Umsetzungsreihenfolge der zuvor bestimmten EBM. Um die große Bandbreite an möglichen Umsetzungsreihenfolgen adäquat abzutasten, kommt eine Bayessche Optimierung zum Einsatz. Durch gezielte Stichproben, welche durch die Anwendung des CPF zur Transitionspfadsimulation realisiert werden, wird ein probabilistisches Modell der Zielfunktion erstellt und iterativ verbessert. Die Zielfunktion beschreibt die Gefährdung der Netzsicherheit entlang des Transitionspfades und kann je nach Anwendung minimiert oder maximiert werden, um den Lösungsraum abzusuchen. Anhand eines etablierten synthetischen Netzmodells und für eine Vielzahl von Transportaufgaben wird demonstriert, dass die Umsetzungsreihenfolge von EBM einen hohen Einfluss auf die Systemsicherheit entlang des Transitionspfades aufweisen kann. In Extremfällen kann es in Abhängigkeit der gewählten Maßnahmenabfolge zu temporären Überlastungen von bis zu 600 A oberhalb der Stromtragfähigkeit einzelner Stromkreise kommen. Durch die Untersuchung unterschiedlicher Betriebsführungskonzepte, beispielsweise durch die Berücksichtigung eines kurativen Maßnahmeneinsatzes, kann gezeigt werden, dass die Fragestellung an Relevanz gewinnt, sofern das Übertragungsnetz höher ausgelastet wird. Des Weiteren wird deutlich, dass insbesondere Schaltmaßnahmen zur Änderung der Netztopologie maßgeblich zu Gefährdungen der Systemsicherheit entlang des Transitionspfades beitragen können.
Dokumenttyp
Dissertation / PhD Thesis/Book
Format
print
Sprache
German
Externe Identnummern
HBZ: HT021393623
Interne Identnummern
RWTH-2022-05441
Datensatz-ID: 847565
Beteiligte Länder
Germany
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