Algorithmen für den situationsbezogenen Versorgungswiederaufbau mit Erneuerbaren nach einem Blackout

Abstract

Mit zunehmendem Ausbau der regenerativen Energieerzeugungsanlagen und der Stilllegung der thermischen Kraftwerke wird der situationsbezogene Versorgungswiederaufbau zunehmend präsenter. Dieser bezeichnet den Wiederaufbauprozess nach einem vollständigen Netzzusammenbruch, wobei dessen Verlauf und Umsetzung vom aktuell verfügbaren Primärenergiedargebot bestimmt wird. In dieser Diplomarbeit wurde der situationsbezogene Versorgungswiederaufbau aus unterschiedlichen Blickwinkeln beleuchtet. Diesbezüglich wurden Algorithmen entwickelt, mit denen eine Qualitätsbewertung der Umsetzung des Prozesses hinsichtlich der Leistungsbilanz sowie das Entwickeln erster Konzepte für den Prozess möglich ist. Die Algorithmen wurden vorwiegend mit vom Übertragungsnetzbetreiber 50Hertz bereitgestellten Daten getestet. Eine Anwendung ist allerdings nicht auf dessen Regelzone beschränkt und kann ebenfalls mit gleichwertigen Daten anderer Übertragungsnetzbetreiber durchgeführt werden. Für die Untersuchungen des situationsbezogenen Versorgungswiederaufbaus wurde der Fokus auf eine rein dargebotsabhängige Erzeugung durch Photovoltaik und Windkraft gelegt. Die erste Analyse evaluiert, an welchen Spannungsebenen die Photovoltaik- und Windkraftanlagen im Netzgebiet von 50Hertz angeschlossen sind, um den Handlungsspielraum während des Versorgungswiederaufbaus von Übertragungsnetzbetreiber und Verteilnetzbetreiber aufzuzeigen. Im Anschluss bewertet eine deterministische Lastdeckungsanalyse die Umsetzung des Versorgungswiederaufbaus hinsichtlich der Leistungsbilanz. Dazu wurden Rahmenbedingungen entwickelt, die den Prozess spezifizieren und die Zielgrößen Lastziel und Zeitdauer für das Erreichen des Lastziels festlegen. Eine weitere Untersuchung modelliert den Wiederaufbauprozess simplifiziert, um die Dargebotsänderung während des Prozesses zu analysieren. Dadurch kann abgeschätzt werden, wie erfolgreich der Versorgungswiederaufbau hinsichtlich der zeitlichen Änderung des verfügbaren Primärenergiedargebots umgesetzt werden kann. Mit einer Analyse von vertikalen Energieflüssen über die Umspannwerke des Übertragungsnetzes kann das Verhalten der unterlagerten Verteilnetze untersucht und klassifiziert werden. Aufbauend auf den Auswertungen wurden erste Konzepte für den situationsbezogenen Versorgungswiederaufbau entwickelt.

With renewable capacity expansion and the decommissioning of thermal power plants the situation-based supply restoration process is becoming more present. This designates the supply restoration process after a blackout, whereby its course and execution depend on the currently available renewable primary energy supply. In this thesis, the situation-based supply restoration process was analysed from different perspectives. In this regard, algorithms have been developed to enable a quality assessment of the execution of the process concerning the power balance and a development of initial concepts for the process. The algorithms were tested with data provided by the transmission system operator 50Hertz. However, the usage of the algorithms is not bounded to the control area of 50Hertz and can also be performed with equivalent data of other transmission system operators. For the analyses of the situation-based supply restoration process the focus was laid on pure energy production through photovoltaic and wind power. The first study evaluates the voltage level at which photovoltaic and wind power plants in the 50Hertz-control-area are connected, to reveal the scope of action of the transmission system operator and the distribution system operator. Following this, a deterministic approach for analysing the generation adequacy evaluates the execution of the supply restoration process. For this purpose, framework conditions were developed to specify the process and define the target values of load target and duration for achieving the load target. A further study models the supply restoration process in a simplified way, to analyse the temporal changes of the renewable primary energy supply during the process. Thus, it can be estimated how successful the restoration process can be executed, although the temporal changes of the supply. With an analysis of vertical power flow via the substations of the transmission grid, the behaviour of the underlying distribution grids can be examined and classified. Based on the analyses initial concepts for the situation-based supply restoration process were developed.