Probabilistische Leistungsflussberechnung als Methode zur Bewertung der Einflüsse stochastischer Erzeuger und Verbraucher auf die Netzbelastung

Research output: Thesis › Doctoral thesis

Authors

  • Benjamin Rudolf Hühnerbein

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Original languageGerman
QualificationDoctor of Engineering
Awarding Institution
Publication statusPublished - 2010

Abstract

Durch die Liberalisierung des Strommarktes und den Ausbau der regenerativen Energien hat sich die Belastungssituation der Energieversorgungsnetze grundlegend verändert. Entsprach früher das Belastungsprofil der Leitungen und Transformatoren weitgehend dem Lastprofil der Verbraucher, setzt sich dieses heute u.a. aus der Überlagerung von Netzlast, regenerativer Erzeugung und Leistungstransiten zusammen. Durch den stochastischen Charakter dieser Einflussfaktoren ergibt sich eine stark fluktuierende Belastung, bei der die unterschiedlichen Netzzustände mit einer gewissen Wahrscheinlichkeit auftreten können. Die Kenntnis dieser Belastungsprofile ist die Voraussetzung für eine effiziente Auslegung und Nutzung der Energieversorgungsnetze. Mit der probabilistischen Leistungsflussberechnung wird ein Verfahren für diese spezifische Anforderung vorgestellt und weiterentwickelt. Die Zustandsgrößen des Energieversorgungsnetzes werden als Zufallsvariablen definiert und die Wahrscheinlichkeit der möglichen Netzzustände ermittelt. Es werden dabei unterschiedliche Netzgleichungen und Lösungsmethoden beschrieben, die durch unterschiedliche Vereinfachungen und Annahmen aus den bekannten Netzmodellen abgeleitet werden. Bei den Lösungsmethoden wird zwischen analytischen Faltungsverfahren und der numerischen Monte-Carlo-Simulation unterschieden. Neben dem mathematischen Netzmodell werden auch Ansätze zur Implementierung der Kraftwerksregelung sowie ein Korrelationsmodell zur Berücksichtigung der Gleichzeitigkeit zwischen den unterschiedlichen Erzeugern und Verbrauchern entwickelt. Diese weiterführenden Annahmen und Regeln dienen einer möglichst genauen Abbildung der tatsächlichen Rahmenbedingungen im Netz. Für die Kontrolle der Ergebnisse wird mit dem Boundary-Load-Flow ein Verfahren vorgestellt, das auf Basis der exakten Lösung der Netzgleichungen einen Vergleich der minimalen und maximalen Werte der Netzzustandsgrößen und somit eine Bewertung der Näherungslösung erlaubt. Die Eingrenzung des Linearisierungsfehlers schafft die Grundlage für die Anwendbarkeit der probabilistischen Leistungsflussberechnung in der Netzausbauplanung. Mit der probabilistischen Netzsicherheitsberechnung wird ein weiteres Anwendungsgebiet beschrieben, bei dem die Wahrscheinlichkeit von Überlastungen im Netz aufgrund eines ungeplanten Ausfalls von Betriebsmitteln bewertet werden kann.

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author = "H{\"u}hnerbein, {Benjamin Rudolf}",
note = "Dissertation",
year = "2010",
language = "Deutsch",
school = "Gottfried Wilhelm Leibniz Universit{\"a}t Hannover",

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TY - BOOK

T1 - Probabilistische Leistungsflussberechnung als Methode zur Bewertung der Einflüsse stochastischer Erzeuger und Verbraucher auf die Netzbelastung

AU - Hühnerbein, Benjamin Rudolf

N1 - Dissertation

PY - 2010

Y1 - 2010

N2 - Durch die Liberalisierung des Strommarktes und den Ausbau der regenerativen Energien hat sich die Belastungssituation der Energieversorgungsnetze grundlegend verändert. Entsprach früher das Belastungsprofil der Leitungen und Transformatoren weitgehend dem Lastprofil der Verbraucher, setzt sich dieses heute u.a. aus der Überlagerung von Netzlast, regenerativer Erzeugung und Leistungstransiten zusammen. Durch den stochastischen Charakter dieser Einflussfaktoren ergibt sich eine stark fluktuierende Belastung, bei der die unterschiedlichen Netzzustände mit einer gewissen Wahrscheinlichkeit auftreten können. Die Kenntnis dieser Belastungsprofile ist die Voraussetzung für eine effiziente Auslegung und Nutzung der Energieversorgungsnetze. Mit der probabilistischen Leistungsflussberechnung wird ein Verfahren für diese spezifische Anforderung vorgestellt und weiterentwickelt. Die Zustandsgrößen des Energieversorgungsnetzes werden als Zufallsvariablen definiert und die Wahrscheinlichkeit der möglichen Netzzustände ermittelt. Es werden dabei unterschiedliche Netzgleichungen und Lösungsmethoden beschrieben, die durch unterschiedliche Vereinfachungen und Annahmen aus den bekannten Netzmodellen abgeleitet werden. Bei den Lösungsmethoden wird zwischen analytischen Faltungsverfahren und der numerischen Monte-Carlo-Simulation unterschieden. Neben dem mathematischen Netzmodell werden auch Ansätze zur Implementierung der Kraftwerksregelung sowie ein Korrelationsmodell zur Berücksichtigung der Gleichzeitigkeit zwischen den unterschiedlichen Erzeugern und Verbrauchern entwickelt. Diese weiterführenden Annahmen und Regeln dienen einer möglichst genauen Abbildung der tatsächlichen Rahmenbedingungen im Netz. Für die Kontrolle der Ergebnisse wird mit dem Boundary-Load-Flow ein Verfahren vorgestellt, das auf Basis der exakten Lösung der Netzgleichungen einen Vergleich der minimalen und maximalen Werte der Netzzustandsgrößen und somit eine Bewertung der Näherungslösung erlaubt. Die Eingrenzung des Linearisierungsfehlers schafft die Grundlage für die Anwendbarkeit der probabilistischen Leistungsflussberechnung in der Netzausbauplanung. Mit der probabilistischen Netzsicherheitsberechnung wird ein weiteres Anwendungsgebiet beschrieben, bei dem die Wahrscheinlichkeit von Überlastungen im Netz aufgrund eines ungeplanten Ausfalls von Betriebsmitteln bewertet werden kann.

AB - Durch die Liberalisierung des Strommarktes und den Ausbau der regenerativen Energien hat sich die Belastungssituation der Energieversorgungsnetze grundlegend verändert. Entsprach früher das Belastungsprofil der Leitungen und Transformatoren weitgehend dem Lastprofil der Verbraucher, setzt sich dieses heute u.a. aus der Überlagerung von Netzlast, regenerativer Erzeugung und Leistungstransiten zusammen. Durch den stochastischen Charakter dieser Einflussfaktoren ergibt sich eine stark fluktuierende Belastung, bei der die unterschiedlichen Netzzustände mit einer gewissen Wahrscheinlichkeit auftreten können. Die Kenntnis dieser Belastungsprofile ist die Voraussetzung für eine effiziente Auslegung und Nutzung der Energieversorgungsnetze. Mit der probabilistischen Leistungsflussberechnung wird ein Verfahren für diese spezifische Anforderung vorgestellt und weiterentwickelt. Die Zustandsgrößen des Energieversorgungsnetzes werden als Zufallsvariablen definiert und die Wahrscheinlichkeit der möglichen Netzzustände ermittelt. Es werden dabei unterschiedliche Netzgleichungen und Lösungsmethoden beschrieben, die durch unterschiedliche Vereinfachungen und Annahmen aus den bekannten Netzmodellen abgeleitet werden. Bei den Lösungsmethoden wird zwischen analytischen Faltungsverfahren und der numerischen Monte-Carlo-Simulation unterschieden. Neben dem mathematischen Netzmodell werden auch Ansätze zur Implementierung der Kraftwerksregelung sowie ein Korrelationsmodell zur Berücksichtigung der Gleichzeitigkeit zwischen den unterschiedlichen Erzeugern und Verbrauchern entwickelt. Diese weiterführenden Annahmen und Regeln dienen einer möglichst genauen Abbildung der tatsächlichen Rahmenbedingungen im Netz. Für die Kontrolle der Ergebnisse wird mit dem Boundary-Load-Flow ein Verfahren vorgestellt, das auf Basis der exakten Lösung der Netzgleichungen einen Vergleich der minimalen und maximalen Werte der Netzzustandsgrößen und somit eine Bewertung der Näherungslösung erlaubt. Die Eingrenzung des Linearisierungsfehlers schafft die Grundlage für die Anwendbarkeit der probabilistischen Leistungsflussberechnung in der Netzausbauplanung. Mit der probabilistischen Netzsicherheitsberechnung wird ein weiteres Anwendungsgebiet beschrieben, bei dem die Wahrscheinlichkeit von Überlastungen im Netz aufgrund eines ungeplanten Ausfalls von Betriebsmitteln bewertet werden kann.

M3 - Dissertation

ER -