Untersuchung der Entwicklung des stationären und transienten Verhaltens des Netzselbstregeleffektes von Drehstromsystemen

Abstract

Kleine Abweichungen der Netzfrequenz von der Nennnetzfrequenz sind im europäischen Verbundnetz keine Seltenheit. Ein Anteil der Stabilisierung erfolgt durch den Netzselbstregeleffekt (NSRE) und wirkt im Gegensatz zu den Regelungen instantan. Dieser Effekt ist auf die Frequenzabhängigkeit und die Spannungsabhängigkeit der Lasten im Verbundnetz, sowie die kleineren drehzahlgeregelten Kraftwerke, welche sich nicht an der Primärregelung beteiligen,zurückzuführen. Sinkt aufgrund eines Kraftwerksausfall die Netzfrequenz ab, werden die frequenzabhängigen Lasten proportional zur Änderung weniger Wirkleistung beziehen und wirken somit dem Kraftwerksausfall entgegen. Der stabilisierende Effekt der frequenzabhängigen Last nimmt ab, wenn die motorischen Lasten ihre Frequenzabhängigkeit verlieren, wie etwa durch Betrieb an einem Umrichter. Durch die Veränderung der Last und des Verbundnetzes wird nun eine Verschlechterung des NSRE angenommen. Die zukünftige Entwicklung des NSRE wird in dieser Arbeit untersucht. Mithilfe einer Literaturrecherche ist zuerst der NSRE im europäischen Verbundnetz analysiert worden. Hier wird auf die Bedeutung und Zusammensetzung des NSRE eingegangen. In der Vergangenheit ist der NSRE über einen Top-Down Ansatz ermittelt worden. In der vorliegenden Arbeit wird aber der NSRE über einen Bottom-Up Ansatz bestimmt. Der Nachteil an diesem Ansatz ist, dass die Information der Lastverteilung im Verbundnetz vorhanden sein muss, um den NSRE bestimmen zu können. Der Vorteil des Bottom-Up Ansatzes gegenüber eines Top-Down Ansatzes ist der, dass nicht auf ausreichend größere Frequenzeinbrüche im Verbundsystem gewartet werden muss, um den NSRE bestimmen zu können. Um über einen Bottom-Up Ansatz den NSRE zu bestimmen, ist anhand mehrerer Paper eine Analyse des Verbundnetzes auf seine Verbraucher durchgeführt worden. Die Frequenzabhängigkeit der Verbraucher ist aufgrund repräsentativer Haushaltsgeräte im Labor bestimmt worden. Für die Frequenzabhängigkeit anderer Lasten, wie Maschinen mit konstanter, linearer oder quadratischer Momentenkennlinie, wurde eine Literaturrecherche durchgeführt. Für die zukünftige Entwicklung des NSRE ist unter Zuhilfenahme von Szenarien eine mögliche Lastsituation im Jahr 2050 bestimmt worden. Aus der Information der Lastverteilung und der Modelle der einzelnen Verbraucher wird auf Basis einer Simulation des Verbundnetzes die Veränderung des NSRE nachgebildet.

Differences of the frequency from the nominal frequency in the Europeanpower grid are very common. The self regulating effect of the power system(NSRE) has a stabilizing effect on the grid and in contrast to the Frequency Containment Reserve the NSRE operates in an instant. This effect is the result of frequency- and voltage dependent loads and small speed controlled industrial power plants in the power grid. If there is a drop of the frequency due to the loss of generation, the frequency dependant loads will draw less active power. The stabilizing effect of the frequency dependent loads decreases,when the motor loads lose there frequence dependency, for example through operation on a frequency converter. The stabilizing effect of the frequency dependent loads decreases when the motor loads lose their frequency dependency,for example through operation on a frequency converter. Therefore,these motors do not contribute to the NRSE. If motor loads lose their frequencedependency, the NSRE will decrease. Due to the change of the electricloads in the power grid and the changes on the power grid, it is assumed that the NSRE will decrease. In this thesis the future development of the NSRE will be analysed.Previously, the NSRE was determined by a top down approach in several papers. In the present thesis the NSRE will be determined by a bottom up approach. On the one hand the advantage of a bottom up compared to a top down approach is, that regardless of sufficient large drops of the frequency inthe power grid, the NSRE can be determined. On the other hand the disadvantage of the bottom up approach is that you need the information of the composition and the frequency dependency of the loads in the power grid.Therefore, a literature research on the loads in the European power grid wasconducted. For the determination of the frequency dependency of the loads,typical household loads were measured. A literature research was accomplished to determine the frequency dependency of other loads, like machines with constant, linear or square torque. In order to consider the composition of the power grid in the year 2050, different scenarios were studied. With the information about the loads in the power grid and the load models the change of the NSRE can be studied through a simulation.