Fachgebiet Energiesysteme und Energiemanagement (ESEM)

Sicherer Betrieb von Synchrongeneratoren bei Netzstörung

Motivation

Die Zunahme an volatiler Erzeugung und großräumigem Energietransport führt bei gleichzeitiger Abnahme der konventionellen Erzeugung zu einer steigenden Auslastung der Übertragungsnetze. Das Wegfallen großer thermischer Kraftwerke durch das Kernkraftwerksmoratorium hatte zur Folge, dass es im vergangenen Jahr wiederholt zu Situationen mit sehr niedrigen Spannungen im Netz gekommen ist. Um das Spannungsniveau anzuheben muss dem System lokal Blindleistung bereitgestellt werden. Dazu weisen die Übertragungsnetzbetreiber die Kraftwerke an mehr Blindleistung zu erzeugen. Ein Einbruch der Netzspannung kann jedoch unter Umständen dazu führen, dass der Blockschutz Generatoren vom Netz trennt, was in einer angespannten Netzsituation zu einem kaskadierenden Effekt und letztendlich zu einem Spannungskollaps führen kann. Es ist deshalb im Interesse des Übertragungsnetzbetreibers, dass sich bei einer konzeptgemäßen Netzstörung keine Kraftwerke unnötigerweise vom Netz trennen. Im Rahmen der on‐line Netzsicherheitsrechnung existiert bisher jedoch keine Möglichkeit determinierte Folgeausfälle von Kraftwerken aufgrund zu hoher oder zu niedriger Netzspannungen zu prognostizieren. Dementsprechend besteht derzeit keine Möglichkeit zu erkennen ob sich das Netz in einem Zustand befindet in dem Netzstörungen zu derartigen Kraftwerksausfälle führen können.

Aufgabenstellung

  • Im Rahmen der Forschungsaktivitäten werden folgende Ziele verfolgt:
  • Analyse von Handlungsoptionen, die einen sicheren Betrieb von Synchrongeneratoren gewährleisten.
  • Definition von auf der Netzleitstelle anwendbaren Kriterien, die im Fall von Netzstörungen verhindern, dass sich Generatoren vom Netz trennen.
  • Spezifikation der Anforderungen an ein Werkzeug, welches geeignet ist die ermittelten Kriterien im Rahmen der on‐line Netzsicherheitsrechnung zu überwachen.

Vorgehensweise

Um das Verhalten der Regeleinrichtungen und Begrenzungen im Netz realitätsnah abbilden zu können, werden im Vergleich zu den  üblicherweise in Lastflussprogrammen verwendeten Modellen  erweiterte quasi‐stationäre Modelle erstellt. Weiter wird untersucht wie diese in stationäre Lastflussprogramme implementiert werden können. Anhand von Analysen sollen einfache, im täglichen Netzbetrieb auf der Warte leicht anwendbare Kriterien für den sicheren Betrieb von Synchrongeneratoren erstellt werden, deren Einhaltung verhindert, dass sich bei konzeptgemäßen Netzstörungen Generatoren unnötigerweise vom Netz trennen. Zur Verifikation der definierten Kriterien sowie zum Testen der erstellten stationären Kraftwerksmodelle werden Ausfallsimulationsrechnungen mit entsprechend um die Kraftwerksmodelle erweiterten stationären Lastflussprogrammen durchgeführt. Auf Basis der gewonnenen Erkenntnisse sollen die derzeit üblichen Regel‐ und Schutzkonzepte kritisch diskutiert werden. Weiterhin werden Anforderungen an ein Werkzeug spezifiziert, mit dem die ermittelten Kriterien im Rahmen der on‐line Netzsicherheitsrechnung überwacht werden können.

Bearbeiter

M.Sc. Hendrik Acker

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