Systematisierung und Vergleich von Kundenanforderungen für den Betrieb von Industrienetzen in Bezug auf Netzregelung und Smart Grid-Anwendungen

Abstract

Im Rahmen dieser Masterarbeit wurden systematische und vergleichende Analysen von Kundenanforderungen an den Betrieb eines Industrienetzes durchgeführt. Die Erzielung einer sicheren und zuverlässigen Energieversorgung der Industrieanlagen ist die wichtigste Anforderung, die jedes Industrienetz unter erwarteten und nicht erwarteten Bedingungen erfüllen muss. Analysen in der vorliegenden Arbeit zeigen, wie wichtig es für ein Industrienetz ist, sich in den Inselbetrieb umschalten zu können. Welche Gründe liegen dafür vor und welche Fehler (Überspannungen, Kurzschlüsse, …) könnten eine Entkupplung verursachen? Die erfolgreich realisierte Entkupplung hängt zu großem Teil von der Austauschleistung zwischen dem öffentlichen Netz und dem Industrienetz ab. Dabei wurde die PQ-Zone, innerhalb der das Umschalten beim normalen, aber auch beim angeregten Zustand des Industrienetzes zulässig ist, identifiziert. Im Modellnetz, das in der Software NEPLAN gezeichnet wurde, wurden auch die Anläufe der großen Motoren beim Inselbetrieb des Industrienetzes simuliert. Unter welchen Bedingungen ein Motor oder mehrere Motoren hochgelaufen werden können, sodass keine Spannungsgrenze verletzt wird, wird im letzten Teil dieser Arbeit beschrieben. Die entsprechenden Drehzahl-, Leistungsund Spannungsregler wurden für den Inselbetrieb, aber auch für den Netzsynchronbetrieb entwickelt und parametrisiert.

The aim of this master thesis is a systematic and comparative analysis of customer requirements for the grid operation that provides safe and reliable power supply to industrial facilities and equipment under expected and unexpected real-life conditions. Analyses show how important it is for an industrial electricity grid to be able to switch from grid-connected to island operational mode. What are the reasons and which errors (overvoltage, short circuit …) in system could cause this decoupling? The successful decoupling depends a lot on the power exchange between the simulated industrial electricity grid and the strong interconnected grid. The PQ-zone (power exchange), within the transition of operational mode (grid mode to island) of the industrial supply grid in the normal and also in excited condition (short circuit), has been identified. Starting of large induction motors in island mode can be very demanding for the industrial grid. In this grid model the operation of starting these motors was simulated. It was decided under what conditions one or more motors can start that no voltage limit in the simulation model is violated. The corresponding turbine governors (permanent and transient droop characteristic) and voltage controllers were developed and parameterized for the generator to work in island and grid mode.