Umsetzung eines zentralen Regelungskonzeptes im Verteilnetz mittels eines gemischt-ganzzahligen nichtlinearen Optimierungsproblems in pandapower
Masterarbeit
Hintergrund
Die elektrischen Verteilnetze sind im Wandel – mehr Einspeisung aus erneuerbaren Energien, zusätzliche Last, ein verändertes Lastverhalten, zunehmender Verkabelungsgrad – all das stellt den Netzbetrieb vor Herausforderungen. Gerade die zunehmende Einspeisung von Wirkleistung aus erneuerbaren Energien kann im Verteilnetz zu Grenzwertverletzungen, also der Verletzung des Spannungsbandes oder der thermischen Überlastung von Leitungen führen. Andererseits ändert sich durch einen hohen Verkabelungsgrad das Blindleistungsverhalten der Leitungen und ein zunehmend kapazitives Verhalten lässt sich beobachten. Die in den Verteilnetzen über Umrichter angeschlossenen Erzeugungsanlagen können in den Grenzen ihrer Betriebsdiagramme Blind-leistung einspeisen oder aufnehmen. Dafür werden normalerweise in den Erzeugungsanlagen Blindleistungsregelkennlinien hinterlegt. Man spricht hier von einer lokalen Blindleistungsregelung und die eingespeiste Blindleistung hängt von Netz- oder Anlagenparametern (P, U) ab. Durch die zunehmende Digitalisierung der Verteilnetze (Messwerterfassung im Zuge von Redispatch 2.0, digitale Ortsnetzstationen, etc.) stehen jedoch auch Messdaten und Steuermöglichkeiten zur Verfügung, mit Hilfe derer eine zentrale, koordinierte Blindleistungsregelung realisiert werden kann.
Zielsetzung
Mit den aktuell in pandapower verfügbaren Optimal-Power-Flow-Modellen lassen sich diskrete Schaltzustände von Stufenschaltern oder Kompensationsanlagen nicht abbilden. Deshalb soll im Rahmen dieser Arbeit ein gemischt-ganzzahliges nichtlineares Optimierungsproblem (engl. mixed-integer nonlinear program, kurz MINLP) in pandapower implementiert werden. Mit Hilfe des MINLP wird ein auf OPF basierendes zentrales Regelkonzept für Verteilnetze zur Vermeidung von Engpässen entwickelt, das zentral Blindleistungssollwerte sowie Abregelungsanweisungen im Rahmen des Redispatch 2.0 ermittelt und an die EZA übermittelt. Des Weiteren wird eine Methodik entwickelt, die P-Q-Flexibilitätsbereiche von Verteilnetzen, sogenannte Feasible Operating Regions (FORs), abschätzen kann. Anhand dieser FORs kann eine Aussage getroffen werden, inwieweit das Verteilnetz auch das überlagerte Übertragungsnetz durch gezielte Wirk- und Blindleistungseinspeisung beim Redispatch unterstützen kann.
