Enhancing Secure Grid Operation with Power Flow Controlling Devices and WAMS

Der steigende Energieverbrauch und der Ausbau von Erneuerbaren in Kombination mit der Entflechtung ehemals vertikal integrierter Energieversorger zu unabhängigen Energieerzeugungsunternehmen und Netzbetreiber stellen den Betrieb und die Stabilität des Stromnetzes vor zusätzliche Herausforderungen. Trotz der Fortschritte bei der Erforschung intelligenter Verteil- und Mikronetze werden Übertragungsnetze auch in Zukunft ein unvermeidlicher und systemkritischer Bestandteil des Stromnetzes sein. Auf der Übertragungsnetzebene kann der Netzausbau im Sinne eines Neubaus oder einer Verstärkung von Hochspannungsleitungen nicht mit der installierten Erzeugungskapazität von Erneuerbaren Schritt halten, was Leitungsbelastungen nahe den thermischen Grenzen zur Folge hat. Um unter diesen Bedingungen dennoch einen stabilen Netzbetrieb aufrechtzuerhalten, muss die durch lastflusssteuernde Elemente, z. B. netzparallele HGÜ-Leitungen und Phasenschiebertransformatoren, zusätzlich verfügbare Flexibilität unter Einsatz von Echtzeitmessungen mit Wide Area Measurement Systems optimal ausgenutzt werden.
In dieser Arbeit werden drei Fragestellungen des Netzbetriebs mit lastflusssteuernden Elementen und Wide Area Measurement Systems näher untersucht.
Die erste behandelt die Evaluierung des Einflusses der Koordination und Koordinationsstrategie von lastflusssteuernden Elementen auf die Redispatchkosten und -volumen in einem auf Flow Based Market Coupling basierenden Strommarkt. Es wird dabei gezeigt, dass die Redispatchkosten nur dann sinken, wenn lastflusssteuernde Elemente ausreichend koordiniert werden. Wird jedoch mit den lastflusssteuernden Elementen unkoordiniert die Belastung von elektrisch nahen Leitungen verringert, erhöhen sich abhängig von der Lastsituation die Redispatchkosten.
Die zweite angesprochene Fragestellung harkt bei der Notwendigkeit einer genauen Abbildung des Netzwerkzustandes in Leitsystemen bei angespannten Lastflusssituationen ein. Diese Arbeit fokussiert sich dabei auf die Entwicklung eines Algorithmus zur Erkennung von Mehrfachausfällen von Übertragungselementen basierend auf einem linearisierten Netzmodell und Optimierungstechniken. Der entwickelte Algorithmus ist in der Lage, Mehrfachausfälle ausschließlich anhand von Informationen zur Vorfehlertopologie und den mit Wide Area Measurement Systems gemessenen Winkeländerungen der Knotenspannungen korrekt zu erkennen. Die Anwendbarkeit des Algorithmus wird anhand von Simulationen des Nordic-32-Bus-Testsystems bewertet.
Der letzte Teil dieser Arbeit befasst sich mit Notfallregelkonzepten für netzparallele HGÜ-Leitungen. Es werden dafür bekannte Regelstrategien für netzparallele HGÜ-Leitungen in einem radialen Netzwerk evaluiert und mit einer in dieser Arbeit entwickelten Regelstrategie verglichen. Die Simulationsergebnisse zeigen, dass bei Anwendung der neu entwickelten Regelstrategie überlastete Zweige besser entlastet werden können und hinsichtlich der maximal möglichen Leistungsübertragung und Spannungsstabilität annähernd gleiche Grenzwerte erreicht werden. Weiters wird ein auf den linearisierten Sensivitäten von Leitungsbelastungen und Knotenspannungen gegenüber den Wirk- und Blindleistungssollwerten der HGÜ-Leitung basierendes Notfallregelkonzept erarbeitet, das eine effiziente Leitungsentlastung und Spannungsunterstützung in einem vermaschten Netzwerk ermöglicht.