Untersuchung von niederfrequenten Oszillationen im kontinentaleuropäischen Verbundsystem mit Hilfe eines Mehrmassenschwinger Modells

Abstract

Diese Arbeit untersucht den Einfluss von schnellen Regelreserven auf niederfrequente Oszillationen im europäischen Verbundnetz. Schnelle Regelreserven werden dazu eingesetzt, um den Rückgang der Schwungmasse im System auszugleichen und weiterhin einen stabilen Netzbetrieb gewährleisten zu können. Wobei der Rückgang der Schwungmasse durch die Zunahme an umrichter-basierten Einspeisern im Netz bedingt ist. Hingegen treten niederfrequente Oszillationen, durch begrenzte Übertragungskapazitäten zwischen einzelnen Regionen und dem daraus resultierenden Leistungsungleichgewicht, auch ohne den Einsatz von schnellen Regelreserven auf. Jedoch wird untersucht, ob es durch die schnelle Zeitdynamik der schnellen Regelreserven zu einer Beeinflussung der niederfrequenten Oszillationen kommt. Im Speziellen werden ein Virtueller Synchrongenerator und eine Enhanced Frequency Response, wie sie auch im Vereinigten Königreich eingesetzt wird, als schnelle Regelreserven untersucht. Die Analysen werden an Zwei- und Dreimassenschwingern, welche in Matlab/Simulink implementiert sind, durchgeführt. Durch diese Modelle lassen sich insbesondere Regionen übergreifende Oszillationen gut anregen, welche durch die Fourier Analyse und die Methode nach Prony analysiert werden. Anhand dieser Analysen lässt sich durch die Enhanced Frequency Response kein signifikanter Einfluss auf niederfrequente Oszillationen feststellen. Hingegen wird durch den Einsatz des Virtuellen Synchrongenerators eine geringe dämpfende Wirkung auf niederfrequente Oszillationen festgestellt. Diese Dämpfung wird durch die Maximalleistung und die Dynamik des Virtuellen Synchrongenerators limitiert.

This thesis examines the influence of fast control reserves on low-frequency oscillations in the European grid. Fast control reserves are used to compensate the decrease of inertia in the system in order to guarantee a stable grid operation.Where by the reduction of inertia is caused by the increase of converter-based powersources in the grid. On the other hand, low-frequency oscillations occur due to limited transmission capacities between individual regions and the resulting powerimbalance, even without the use of fast control reserves. However, it is investigated whether the fast dynamics of the fast control reserves affect the low-frequency oscillations.In particular, a Virtual Synchronous Generator and an Enhanced Frequency Response as used in the UK are examined as fast control reserves. The analyses are carried out on two- and three mass oscillators, which are implemented in Matlab/Simulink. By the use of these models especially oscillations between regions can be stimulated easily, which are analyzed by the Fourier analysis and Pronys method. Based on these analyses, no significant influence of the Enhanced Frequency Response was detected on low-frequency oscillations. On the other hand, the use of the Virtual Synchronous Generator results in a small damping effect on low-frequency oscillations. This damping is limited by the maximum power and dynamics of the Virtual Synchronous Generator.