Entwurf eines Testbetts für Assistenzsysteme in der Netz- und Systemführung

Abstract

Am 30.06.2011 beschloss der Bundestag einen vollständigen Ausstieg aus der Kernenergie [1]. Des Weiteren wurde am 03.06.2020 ein vollständiger Ausstieg aus der Kohlkraft vereinbart [2]. Durch diese Beschlüsse kam es zu einem erheblichen Rückgang der konventionelle Erzeuger und damit zu einer deutlichen Reduktion der trägen Schwungmassen im Netz. Zusätzlich ist der Anteil der Erneuerbaren Energieträger an der Bruttostromerzeugung in den letzten Jahren von 18,9 TWh (1990) auf 233,6 TWh (2021) angestiegen [3], wodurch gleichzeitig die hochdynamische Leistungselektronik im Netz deutlich zunahm. Sie kann in Zukunft nicht mehr mit etablierten, vollständig manuell auszuführenden Netzführungskonzepten bewerkstelligt werden. Dementsprechend müssen einige Prozesse der Netzführung teil- oder vollständig automatisiert werden. In der vorliegenden Arbeit wird eine solche Automatisierung der Netzführung betrachtet. Dazu wird zunächst die Grundlage des entwickelten Testbetts, die normkonforme Schnittstelle, vorgestellt. Dies beinhaltet eine Evaluierung der in der IEC-60870-5 enthaltenen Bedingungen bezüglich des Kommunikationsaufbaus und -ablaufs sowie der Zusammensetzung der jeweiligen Telegramme. Außerdem werden sowohl technische als auch juristische Voraussetzungen von Assistenzsystemen untersucht. Die Zusammensetzung des Testbetts wird detailliert beschrieben. Dabei werden die unterschiedlichen Funktionen der Kommunikationspartner (Leitwarte, Schnittstelle und Simulationsumgebung) veranschaulicht. Der Verbindungsaufbau, Datenaustausch und Aufbau des später verwendetet Assistenzsystems sind ebenfalls Bestandteil dieses Arbeitsschrittes. Die mathematische Herleitung der in der Simulationsumgebung implementierten Berechnungen (Lastfluss und Sensitivitätsanalyse) und die inhaltlichen Unterschiede zwischen dem Redispatch und dem Redispatch 2.0 schließend den analytischen Teil dieser Arbeit ab. Die detaillierte Beschreibung des Assistenzsystems erfolgt zunächst mathematisch, um im späteren Verlauf an zwei unterschiedlichen Fallbeispielen veranschaulicht zu werden. Diese Fallbeispiele beinhalten ein 6-Konten-Netz aus der 110-kV-Ebene und ein komplexeres Netz, welches eine Nachbildung des Übertragungsnetzes von Sachsen-Anhalt samt Nachbarstationen und unterlagerten Stationen beinhaltet. Anhand dieser Netze werden sowohl die Funktionalität als auch die Vorteile des Assistenzsystems vorgestellt und belegt. Die dazugehörigen Simulationen basieren auf viertelstündlichen Messwerten und umfassen ein komplettes Jahr. Außerdem werden in dem 6-Knoten-Netz mehrere Kombinationen hinsichtlich des Einspeiseverhaltens berücksichtigt.