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Netzdynamik und Stabilität

Die steigende Zahl regenerativer Erzeuger in allen Spannungsebenen und der gleichzeitige Rückgang konventioneller Kraftwerke sowie die Installation von Smart Grid Applikationen, FACTS-Geräten oder Hochspannungsgleichstromübertragungssystemen verändern die Komplexität und die Dynamik zukünftiger elektrischer Energiesysteme. Weiterhin führen die Volatilität der regenerativen Einspeiser und der Zusammenschluss der Energiemärkte zu steigenden Unsicherheiten im Netzbetrieb und folglich dazu, dass zukünftige Energieübertragungsnetze vermehrt näher an ihren Stabilitäts- und Betriebsgrenzen betrieben werden. Diese Herausforderungen verlangen nicht nur neuartige Monitoring-, Regelungs- und Schutzsysteme. Vielmehr sind auch die veränderte Dynamik der Übertragungs- und Verteilnetze und deren gegenseitige Interaktion modelltechnisch abzubilden.
 

Forschungsbereiche

  • Erstellung dynamischer Modelle zukünftiger Energiesysteme und deren Systemkomponenten zur Analyse der veränderten Systemdynamik

  • Entwicklung neuartiger Regelungskonzepte, zum Beispiel für das Netzengpassmanagement und zur Sicherung der Spannungsstabilität, in Form von selbstregelnden Notfallkonzepten und/oder Assistenzsystemen

  • Sicherung der Netzstabilität, insbesondere Winkel-, Frequenz und Spannungsstabilität, und die Einhaltung der betrieblichen Grenzen in allen Netzsituationen durch Einsatz dieser neu entwickelten Verfahren und Algorithmen, um hierdurch einen zuverlässigen und sicheren Netzbetrieb zu ermöglichen

  • Evaluation des Einflusses des veränderten dynamischen Verhaltens der unterlagerten Verteilnetze auf die Übertragungsnetze sowie deren Potential an der Sicherstellung der gesamten Systemstabilität

Weiterhin werden Smart-Grid-Funktionalitäten nicht nur hinsichtlich ihrer energietechnischen Prozesse erforscht, sondern verlangen ebenso nach einer integralen Berücksichtigung der damit verbundenen kommunikationstechnischen Infrastruktur.

 


REFERENZPROJEKTE


DFG Forschergruppe FOR1511: Schutz- und Leitsysteme zur zuverlässigen und sicheren elektrischen Energieübertragung

Die Zielsetzung dieser Forschergruppe ist eine kohärente Lösung für die weiträumige Systemüberwachung und den Schutz von elektrischen Energiesystemen, angefangen von neuen Algorithmen bis hin zur informations- und kommunikationstechnischen Realisierung. Die Algorithmen für Systemschutz und Leittechnik zielen auf eine bessere Systemüberwachung ab, um kurzfristig entstehende Überlasten, drohende Spannungsinstabilität oder Schwingungsprobleme rechtzeitig zu detektieren. Weiterhin werden automatische Regelungs- und Schutzmechanismen entwickelt, die im laufenden Netzbetrieb Regeleingriffe tätigen, um der Gefahr von weiträumigen Netzausfälle entgegenzuwirken. Der Fokus liegt hierbei auf der höchsten Spannungsebene des Energieübertragungsnetzes unter gleichzeitiger Einbeziehung neuartiger Smart Grid Applikationen sowie exemplarischer aktiver Verteilnetzstrukturen mit einem hohen Anteil dezentraler Erzeugungsanlagen. Zur Bewertung der Leistungsfähigkeit der Algorithmen in zukünftigen Systemen entstehen ein gemeinsames Energie-IKT-Referenzmodell sowie ein Hybridsimulator für Energie- und IKT-Systeme zur gleichzeitigen Simulation der energietechnischen sowie kommunikationstechnischen Prozesse.

TGNS_Schaubild_DFG_FOR1511

Projektlaufzeit:

11/2014 - 10/2017

Ansprechpartner:

M. Sc. Andreas Kubis

Projektwebsite:

www.for1511.tu-dortmund.de

Gefördert durch:

DFG - Deutsche Forschungsgemeinschaft


Zukunftsfähiges Engpassmanagement

Ziel des Vorhabens ist die Entwicklung neuartiger Algorithmen und agentenbasierter Verfahren zur Netzüberwachung und für das Engpassmanagement im Übertragungsnetz. Hierdurch soll eine bessere Ausnutzung der vorhandenen Übertragungskapazitäten erreichet werden, um den Bedarf an Netzausbau im Übertragungsnetz zu verringern. Zur frühzeitigen Detektion kritischer Netzzustände im laufenden Netzbetrieb, werden im Rahmen dieses Projektes Algorithmen zur Überwachung dynamischer Vorgänge im Netz entwickelt. Diese sollen dem Personal in der Netzleitwarte Indikatoren bereitstellen, sodass beispielsweise Netzpendelungen oder entfernte Kraftwerksausfälle im Echtzeitbetrieb angezeigt werden können. Im Rahmen des Netzengpassmanagements wird ein dezentrales Multiagentensystem verwendet, welches in Echtzeit die Kritikalität einer Netzsituation bewertet und Regeleingriffe an Leistungsflussreglern, Hochspannungsgleichstromübertragung sowie regelbaren Erzeugern und Lasten tätigen kann. In einem zweistufigen Verfahren wird zunächst das Personal in der Leitwarte durch Handlungsvorschläge des Multiagentensystems unterstützt, die dann manuell auszuführen sind. In der zweiten Stufe soll das Multiagentensystem autonom handeln, um möglichst schnell auf kritische Situationen reagieren zu können. Die Berücksichtigung existierender Protokolle und Standards der Leittechnik steht bei der Entwicklung im Fokus, um einen Transfer in die Praxis zu ermöglichen. Sowohl die Algorithmen zur Netzüberwachung als auch das agentenbasierte Verfahren zum Engpassmanagement werden in einen Testleitstand integriert und dort visualisiert.

TGNS_Schaubild_Engpassmgt

Projektlaufzeit:

11/2014 - 10/2017

Ansprechpartner:

M. Sc. Stefan Dalhues

Projektwebsite:

http://zem.offis.de/

Logo_BMBF-gef-mit


Stabilität des Ghanaischen Energieversorgungsnetzes im Hinblick auf die Integration von Erneuerbaren Energien

Die Entwicklung von Erneuerbaren Energien in Ghana und deren Netzintegration ist ein Teil der „Sustainable Energy for All“ (SE4ALL) Initiative der Ghanaischen Regierung. In diesem Projekt wird untersucht bis zu welchem Grade das bestehende Stromversorgungssystem in Ghana der Integration von erneuerbaren Energie gewachsen ist und welche Netzverstärkungsmaßnahmen für die erfolgreiche Integration notwendig sind. Der Fokus liegt hierbei auf der Bewertung der sich verändernden Systemstabilität des ghanaischen Netzes und insbesondere der Spannungsstabilität. Aufgrund der longitudinalen Struktur des Übertragungsnetzes, werden hier die größten Schwierigkeiten erwartet. Hieraus sollen Empfehlungen für die Betriebsweise der Anlagen und Kraftwerke abgeleitet werden, damit diese sich möglichst netzdienlich verhalten. Auf dieser Basis wird der optimale Energiemix für Ghana bestimmt. Als ein Schwerpunkt der Forschung soll u.a. die Spannungsstabilität des bestehenden Stromversorgungsnetzes in Ghana vor dem Hintergrund der Integration von Erneuerbaren Energien untersucht werden.

TGNS_Schaubild_Ghana

Projektlaufzeit:

02/2015 - 01/2018

Ansprechpartnerin:

M. Sc. Marilyn Winifred Asmah

Gefördert durch:

Reiner-Lemoine-Stiftung


ENSURE - Neue Energienetzstrukturen für die Energiewende

Das Kopernikus-Projekt ENSURE verfolgt mit einem ganzheitlichen Ansatz das Ziel, neue Energienetzstrukturen für die Energiewende zu erforschen und bereitzustellen. Hierfür wird eine umfassende Energiesystemoptimierung unter Berücksichtigung aller relevanten Energieträger vorgenommen. Dabei wird als wichtigstes Hauptziel geklärt, wie zentrale und dezentrale Energieversorgungselemente im Gesamtsystem ausgestaltet sein müssen. Als zweites Hauptziel erfolgt die praktische Umsetzung der entwickelten systemischen Konzepte und die Erprobung neuer Technologien in einem großtechnischen Demonstrationsprojekt. Insbesondere werden neue Regelstrukturen erforscht, bei denen Fahrpläne an der Schnittstelle zwischen Verteilnetz und Übertragungsnetz eingehalten werden sollen, um somit eine Verringerung des Bedarfs an Systemdienstleistungen auf Systemebene zu erreichen.

Projektlaufzeit:

09/2016 - 08/2019

Ansprechpartnerin:

M. Sc. Lena Robitzky

Logo_BMBF-gef-mit

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Kontakt

M. Sc. Lena Robitzky
Wissenschaftliche Angestellte
Tel.: 0231 755-3524