Modellierung eines drehzahlvariablen Pumpspeicherkraftwerks in SIMSEN

Abstract

Der steigende Ausbau erneuerbarer und fluktuierender Erzeugungsanlagen wie Wind- und PV-Anlagen im elektrischen Energiesystem bringt einige Herausforderungen mit. Um auch zukünftig einen stabilen Netzbetrieb gewährleisten zu können, ist es notwendig, die entsprechenden Maßnahmen rechtzeitig einzusetzen. Genau mit der Analyse solchen Aufgaben beschäftigt sich das Projekt "GSG - Green Storage Grid", das ein Teil des COMET-Programms ist. GSG berücksichtigt dabei Klima, Umwelt, Wirtschaft und Ressourcen und entwickelt die dafür passenden Technologien wie z.B. thermische, chemische und hydraulische Speicher, die in direkter Verbindung mit den Netz-anforderungen betrachtet und mit fortschrittlichen Simulationsmethoden analysiert werden. Die flexibler Einsatzmöglichkeiten der Pumpspeicherkraftwerke und die Einsatz-stunden der Kraftwerke sind die wichtigen Anforderungen, die in der Zukunft optimiert werden sollten. Die Diplomarbeit wurde als ein Teil des GSG-Projekts entwickelt, in der ein einfaches Modell eines drehzahlvariablen Pumpspeicherkraftwerks entworfen wird. Im Laufe der Projektentwicklung sollte das Modell zusammen mit einem hydraulischen und anderen elektrischen Systemen in der Verbindung gesetzt werden, um einigen Szenarien zu simulieren und zu untersuchen. Für die Modellierung wird die Software SIMSEN verwendet, die eine Analyse der elektrischen und hydraulischen Komponenten in einer gemeinsamen Entwicklungsumgebung zur Verfügung stellt. In dem ersten Kapitel werden die Ziele und Herausforderungen der Diplomarbeit kurz beschrieben, nachdem der theoretische Hintergrund, die für die Diplomarbeit relevant ist, in dem Kapitel 2 erklärt wird. Da die Software SIMSEN nicht üblich für die Verwendung ist, wird einen Überblick der Hauptfunktionen in dem Kapitel 3 gegeben. Während der Diplomarbeit sind einige Möglichkeiten aufgetreten, mit denen die vorliegende Aufgabe gelöst werden könnte, was aber einigen unannehmbaren Nachteile und Probleme mit sich gebracht hat. Die aufgetretenen Probleme werden dann in dem Kapitel 4 beschrieben. Die verfügbaren Lösungen der Aufgabe und die aufgetretene Problematik werden für die Entwicklung vereinfachtes Modells verwendet, das mit einer Leistungsquelle realisiert wird. Die größte Herausforderung der Diplomarbeit stellt der Entwurf solcher Quelle in SIMSEN, weil sie als fertiges Element in der Software nicht verfügbar ist. Die Leistungsquelle, die den Generator bzw. Motor und die Umrichter ersetzt, wird als eine geregelte Spannungsquelle entworfen. Die Realisierung der Leistungsquelle und der Schnittstelle für das hydraulische System wird in dem Kapitel 5 beschrieben, wo auch die Validierung des Modells durchgeführt wird. Abschließend wird die Zusammenfassung der gewonnenen Ergebnisse resümiert und ein Ausblick über mögliche Weiterentwicklungen für die Zukunft des Projekts gegeben.

The increasing extension of renewable and fluctuating generation systems such as wind and PV systems in the electrical energy system brings along several challenges. In order to ensure stable network operation in the future , it is necessary to use the appropriate measures. The main assignment of the project " GSG - Green Storage Grid" , which is a part of the COMET program, is to analyze such tasks . GSG takes into account climate , environment, economy and resources and develops appropriate technologies, such as thermal, chemical and hydraulic storages , which also consider power requirements and which are going to be analyzed with advanced simulation techniques . The flexible application possibilities of pumped storage power plants and operation hours of the power plants are the important challenges that should be optimized in the future. The master thesis has been developed as a part of the GSG- project , where a simple model of variable-speed pumped-storage power plant is to be designed. In the course of project development should the model be set in a connection with a hydraulic and other electrical systems to simulate some scenarios and investigate them. For modeling is used a software SIMSEN , which provides an analysis of the electrical and hydraulic components in a same development environment . In the first chapter are the objectives and challenges of the master thesis briefly described after that is a theoretical background, which is relevant to the thesis , in the Chapter 2 explained. Since the software SIMSEN is not mainstream for use , an overview of the main functions is given in the chapter 3 . During the master thesis work some possibilities have occurred, with which the present task could be solved , but this has brought some unacceptable drawbacks and problems. Encountered problems are then in Chapter 4 described. The available solutions of the task and occurred problems are used for the development of simplified model, which is realized with a power source . The biggest challenge of the master thesis presents the design of such source in SIMSEN , because it is not available as a ready-made element in the software. The power source, which displaces the generator or the motor and inverters, is designed as a controlled voltage source. The realization of the power source and the interface for the hydraulic system is described in the section 5 , where the validation of the model is carried out . Finally, the summary of obtained results will be summarized and an outlook on possible developments for the future of the project will be given.