Methodik zur Bewertung und zum Vergleich von Verteilnetz-Management-Konzepten

Abstract

Der direkte Vergleich von passiven Verteilnetz-Management-Konzepten, wie Netzrestrukturierung und Netzausbau mit aktiven Maßnahmen, wie regelbare Ortsnetztransformatoren, Blind- und Wirkleistungsregelung von Einspeise-Wechselrichtern oder Demand Side Management kann nicht oder nur mit hohem Aufwand vollständig mit klassischen Methoden der Netzberechnung bewertet werden. Dies ist begründet im zeit- und netzzustandsabhängigen Verhalten von aktiven Komponenten im Netz, speziell wenn Komponenten mit einem „Gedächtnis“ dieser Zustände betrachtet werden, wie z.B. dezentrale Speichersysteme. Um sowohl die genannten als auch zukünftige passive und aktive Verteil-Netz-Management-Maßnahmen in einer Netzplanung zu beurteilen, wird in dieser Arbeit der neuartige Ansatz gewählt, über ein probabilistisches Netzberechnungsverfahren, welches auch die Zeit-Domäne mitberücksichtigt, verschiedene charakteristische Kennwerte zu ermitteln und basierend darauf Vergleiche unterschiedlichster Maßnahmen zu ermöglichen. Diese entwickelte Methodik zur Bewertung und zum Vergleich von Verteilnetz-Management-Konzepten soll in der vorliegenden Dissertation vorgestellt werden. Die Zeitdomäne wird durch die Verwendung von Zeitreihen in Form von Last- und Einspeiseprofilen in diesen Ansatz aufgenommen. Dadurch, dass nicht einzelne Zeitpunkte, sondern konkrete Zeitreihen verwendet werden, können die aktiven Komponenten mit ihrer realen Betriebsweise in der Berechnung berücksichtigt werden. Durch den probabilistischen Ansatz wird eine Vielzahl unterschiedlichster Situationen im Netz erzeugt. Die so ermittelten Berechnungsergebnisse lassen sich dann wiederum mit Hilfe von statistischen Methoden untersuchen und auswerten. Die dabei verwendeten Zeitreihen sind synthetische Last- und Einspeiseprofile. Die Modelle und Tools, die zur Erzeugung dieser Profile verwendet werden, stellen eine Eigenentwicklung dar. Im Rahmen dieser Arbeit wird die verwendete Datengrundlage für diese Profile vorgestellt, die Mo-delle erklärt und die Anwendbarkeit der erzeugten Profile überprüft. Die vorgeschlagene Methodik wurde als ein „Proof-of-Concept“ in MATLAB® und PSS®SINCAL implementiert, das dabei entstandene Tool wurde „Netz-Analyse-Tool“, kurz NAT, getauft. Im Zuge dieser Arbeit wird basierend auf dieser Entwicklung das vorgeschlagene Verfahren im Detail erklärt. Weiters wird beleuchtet, inwiefern der gewählte Ansatz anwendbar ist und in welchem Rahmen sich die zugrundeliegenden Berechnungen bewegen müssen. Abschließend werden exemplarische Berechnungen und Analysen vorgestellt, welche durch Anwendung des NAT erstellt wurden und damit die Vergleichbarkeit von unterschiedlichsten Verteilnetz-Management-Maßnahmen basierend auf einer gemeinsamen Basis präsentiert. Diese in dieser Arbeit vorgestellte Methodik und deren erste Implementierung zeigt, wie in Zukunft die Planung von aktiven Verteilnetzen unter der Berücksichtigung einer Vielzahl an möglichen Management-Konzepten unterstützt werden kann, indem eine valide Bewertungs- und Vergleichsbasis geschaffen wird.

The direct comparison of passive distribution grid management concepts, such as restructuring and grid enforcement, with active measures, such as controllable on-load-tap-changer transformers, reactive and active power control of inverters or demand side management, cannot be carried out completely with classic grid planning methods, or only with huge effort. This is due to the time and network state-dependent behavior of active components in the grid, especially when components with a "memory" of these states are considered, such as decentralized storage systems. To assess during grid planning both, the mentioned and future passive and active distribution network management measures, the novel approach of using a probabilistic network calculation method, which also takes the time domain into account is developed in this work. In this approach various characteristic technical parameters are determined and based on them the comparisons of a wide variety of measures are enabled. This developed methodology for the evaluation and comparison of distribution network management concepts is to be presented in this thesis. The time domain is included in this approach using time series in the form of load and feed-in profiles. Because concrete time series are used rather than individual points in time, the behavior of the active components can be considered in the calculation with their real mode of operation. The probabilistic approach creates a multitude of different situations in the grid. The calculation results determined in this way can then in turn be examined and evaluated with the help of statistical methods. The time series used are synthetic load and feed-in profiles. The models and tools used to create these profiles are a self-development of the author. In the context of this work, the data basis used for these profiles is presented, the models are explained, and the applicability of the created profiles is proven. The proposed methodology was implemented as a "Proof-of-Concept" in MATLAB® and PSS®SINCAL, and the resulting tool was named "Network Analysis Tool", or NAT for short. In the course of this work, the proposed method is explained in detail based on this development. Furthermore, the extent to which the selected approach can be used and the prerequisites, which the underlying calculations must met, will be examined. Finally, exemplary calculations and analyzes are presented, which were created using the NAT and thus the comparability of different distribution network management measures based on a common basis is demonstrated. The methodology presented in this work and its first implementation show, how the planning of active distribution grids can be supported in the future, considering a large number of possible management concepts, by creating a valid basis for evaluation and comparison.