Regelung von Gleichstromnetzen

Abstract

Diese Arbeit beschäftigt sich mit möglichen Regelstrategien und Regelmethoden von verschiedenen Gleichstromnetzen. Zunächst werden gängige Regelstrategien zur Spannungs- und Stromregelung recherchiert. Danach wird eine Simulationsumgebung zur Lastflussberechnung in Gleichstromnetzen in MATLAB(C) programmiert und die recherchierten Regelmethoden implementiert. Anschließend werden drei Modellnetze entwickelt, die eine möglichst breite Auswahl an Netztypen beinhaltet und verschiedene Netzebenen darstellen. Das erste modellierte Netz ist ein Zusammenschluss von parallelen Erzeugern. Das zweite Modellnetz ist ein weitläufiges, ländliches, radiales Niederspannungsverteilnetz. Die Erzeuger in diesem Netz sind auf verschiedene Zweige verteilt. Das dritte und letzte Modell beschreibt ein Haushaltsnetz mit Bussystem, das nach dem Durchschnitt in Österreich modelliert wurde. In diese drei Modellnetze werden Photovoltaikanlagen, Speicher, regelbare Generatoren und regelbare Verbraucher implementiert. Danach werden Regelstrategien für diese Netze entwickelt, die ihren Schwerpunkt auf verschiedenen Gesichtspunkten haben. Diese sind Spannungsregulation, Lastaufteilung, Reduktion des Energietransportes mit dem übergeordneten Netz und Demand Side Management. Diese Strategien werden mit der programmierten Simulationsumgebung verifiziert und auf ihre Eigenschaften überprüft. Im ersten Modell, dem Netzmodell mit den parallelen Erzeugern, wird die Spannungsregulation und Lastaufteilung zwischen den Erzeugern untersucht. Ergänzend erfolgt eine kurze Betrachtung von Störeinflüssen auf die Kommunikation der Erzeuger. Beim zweiten Modell, dem ländlichen Niederspannungsverteilnetz, werden Strategien zur Spannungsregulation und zum Erreichen von hohem Eigenverbrauch, d.h. möglichst wenig Energieaustausch mit dem übergeordneten Netz, entwickelt. Für das Haushaltsnetz liegt der Schwerpunkt im Untersuchen von Demand Side Management Strategien.

This thesis investigates possible control strategies and control methods for several direct current grids. At first some commonly used control strategies for voltage and current control are researched. Then, a simulation environment for load flow calculations of direct current grids is programmed in MATLAB(C) and the researched control methods are implemented. Three grids are developed to provide a diverse choice of grids on different grid levels. The first grid is a parallel connection of three suppliers and one load. The second grid is a spacious, rural and radial low voltage distribution grid. The loads and suppliers are distributed along different branches of the grid. The third and last grid is a household grid, that is modelled after the average Austrian household. To these three grids, photovoltaik facilities, controlable generators, controlable loads and storage devices are connected. Subsequently, control strategies are developed for these grids to control them with different foci, including voltage regulation, balanced load sharing, reduction of energy transport with the superordinate grid and demand side management. The developed strategies are implemented into the programmed simulation environment. Then, they are verified and their properties are investigated. With the first model, the grid with parallel supplier, voltage regulation strategies and the load balance between the suppliers is studied. Also, interference is added to the communication of the suppliers to investigate the impact on the voltage quality. With the second model, the rural low voltage grid, strategies for voltage regulation and strategies to reduce energy transport with the superordinate grid are researched. With the household grid the research focus lies on Demand Side Management of cooling devices.