Vergleich Netzberechnungen in XGSLab und SCADA-Leitsystem

Abstract

Um die zukünftige unterbrechungsfreie Energieversorgung mit erneuerbaren Energiequellen gewährleisten zu können, ist es notwendig, die aktuellen Stromnetze zu überdenken. Eine große Herausforderung stellen dabei die Lastflüsse dar, die aufgrund der volatilen Energieerzeugung stark tageszeit- und wetterabhängig variieren. Um die hohen Standards (höchste Versorgungsqualität bei größtmöglicher Wirtschaftlichkeit) einhalten zu können, sind zukunftsorientierte Leitsysteme notwendig, die jederzeit eine genaue und effiziente Lastflussberechnung auch in der Netzbetriebsführung ermöglichen. Diese Arbeit beschäftigt sich mit den unterschiedlichen Einflussparametern des Lastflusses in ausgewählten Netzgebieten, und deren Auswirkungen im Hoch - und Höchstspannungsnetz (zum Beispiel aufgrund von Schalthandlungen). Zuerst werden die theoretischen Grundlagen der elektrischen Energieversorgung, der Lastflussberechnung, der Netzreduktionsverfahren und Unterschiede in zwei Netzberechnungsprogrammen erklärt. Die erste wissenschaftliche Frage behandelt den Einfluss von Änderungen im umliegenden 380 kV-Randnetz (also in der ersten Masche der Nachbarnetzbetreiber) auf den Lastfluss in einer 110 kV-Netzgruppe im eigenen Netzgebiet. Zur Beantwortung werden unterschiedliche Netzzustände für Randnetzbetrachtungen in einem SCADA-Leitsystem simuliert und mit dem Ausgangszustand (unveränderter Netzzustand) verglichen. Insgesamt werden in dieser Arbeit drei Hauptszenarien betrachtet und die Ergebnisse analysiert. Zusätzlich wird auch noch der Einfluss des ferneren Randnetzes (Ersatznetz, also ab der zweiten Masche der Nachbarnetzbetreiber) auf die Lastflussberechnung geklärt. Im zweiten Teil werden zwei unterschiedliche Lastflussberechnungstools miteinander verglichen. Dabei handelt es sich einerseits um die Lastflussberechnung in einem SCADA-Leitsystem und anderseits um das Simulationstool XGSLab (speziell das Lastflussberechnungsmodul NETS). Dafür wurden die Last- und Einspeisedaten aus dem SCADA-Leitsystem einer Netzgruppe entnommen, und diese im Modul NETS modelliert. Anschließend wurden in einer Analyse die berechneten Ergebnisse der beiden Berechnungstools verglichen, und die Einsatzmöglichkeiten und Einschränkungen des Moduls NETS vorgestellt. Anhang A beinhaltet ein Tutorial des Moduls NETS, welches den Funktionsumfang des Tools erläutert und den Einstieg in das Programm erleichtern soll.

If uninterrupted energy supply with renewable energy sources should be guaranteed in the future, it is necessary to consider about current power grids. Load flows are a great challenge because they vary greatly depending on daytime and weather, due to the volatile energy production. To conform with high standards (highest quality of supply with maximum economic efficiency), future-oriented control systems that enable precise and efficient load flow calculation at any time are necessary, including in dispatching management. This master thesis deals with the different parameters influencing the load flow in selected power grid areas and their effects (for example due to switching operations). First, the theoretical basics of electrical energy supply, load flow calculation, network reduction methods and differences in two network calculation programs are explained. The first scientific question deals with the influence of changes in the 380 kV surrounding power grid (in the first mesh of the neighboring power grid) on the load flow in a 110 kV group in its own power grid. To answer this, observations of different states of the surrounding power grid are simulated in a SCADA control system and compared with the initial state (unchanged state). Three main scenarios are considered and the results are analyzed. In addition, the influence of the more distant part of the surrounding power grid (beginning with the second mesh of the neighboring power grid) on the load flow calculation is explained.In the second part, two different load flow calculation tools are compared. These are on the one hand the load flow calculation in a SCADA control system and on the other hand the simulation tool XGSLab (specifically the load flow calculation module NETS). For this purpose, the load and feeder data were taken from the SCADA control system of a power grid group and modeled in the NETS module. Subsequently, the results of the two calculation tools were compared, and the possible uses and limitations of the NETS module were presented. The annex A contains a tutorial for the NETS module, which explains the tool’s functions and is intended to facilitate introduction to the program.