Netzberechnung in Übertragungsnetzen

Berechnung von Ausbauszenarien und Lastflusssteuerung

Die Berechnung von Lastflüssen ist ein wesentlicher Bestandteil bei der Planung und Betriebsführung elektrischer Energiesysteme. Die grundlegenden Aufgaben einer Lastflussberechnung sind die Ermittlung der Knotenspannungen sowie die resultierenden Lastflüsse über einzelne Betriebsmittel bei einer spezifischen Erzeugungs- und Verbrauchssituation. Mit Hilfe dieser Ergebnisse können eventuelle Grenzwertverletzungen und kritische Lastsituationen erkannt und mit geeigneten Gegenmaßnahmen entschärft werden.

Die Bewertung dieser kritischen Lastzustände kann in unterschiedlichen Zeithorizonten durchgeführt werden. Neben der langfristigen Netzausbauplanung mit Zeitskalen von 10 bis 20 Jahren in die Zukunft  gibt es die kurzfristige Betriebsplanung für den Folgetag. In beiden Fällen steht die Identifikation von Netzengpässen und deren Beseitigung im Mittelpunkt.

Zur fundierten Analyse und Bewertung von Netzausbaumaßnahmen werden ganzjährig ausgelegte, zeitdiskrete Simulationen durchgeführt, die unterschiedliche Erzeugungs- und Lastsituationen sowie die potenzielle Einbindung neuer Erzeugungsanlagen berücksichtigen. Dabei wird die resultierende Übertragungskapazität im Bestand sowie nach Umsetzung geplanter Ausbaumaßnahmen und der Einfluss auf die n-1 Sicherheit des Netzes quantifiziert. Solche simulationsgestützten Netzentwicklungsanalysen dienen der Beurteilung der Versorgungszuverlässigkeit, der Betriebssicherheit sowie der volkswirtschaftlichen Effizienz geplanter Infrastrukturausbauten.

In gewissen Fällen kann es trotz fortschreitendem Netzausbau notwendig sein, sogenannte lastflusssteuernde Elemente wie beispielsweise Phasenschiebertransformatoren oder FACTS (Flexible AC Transmission Systems) zielgerichtet in das Netz zu integrieren und damit weitere Flexibilitäten zu ermöglichen. Die ausreichende Dimensionierung dieser Elemente für die Vielzahl an unterschiedlichen Lastflusssituationen ist von entscheidender Bedeutung.

Blindleistungshaushalt und Spannungshaltung

Während im Rahmen netzplanerischer Betrachtungen die Analyse der Wirklastflüsse oft im Vordergrund steht, gewinnt die Betrachtung des Blindleistungshaushalts zunehmend an Bedeutung. Blindleistungsbetrachtungen sind essenziell für die Spannungshaltung im Netz. Die ganzheitliche Analyse der Blindleistungsverteilung und -bereitstellung umfasst verschiedene technische Maßnahmen, darunter:

• Einsatz von Blindleistungskompensationsanlagen, wie z. B. Drosselspulen und Kondensatorbänke, zur gezielten Spannungsregelung und Lastflusssteuerung,
• Anpassung des Leistungsfaktors und Einspeiseverhaltens dezentraler Einspeiser, insbesondere bei leistungselektronisch gekoppelten Erzeugern, zur lokalen oder regionalen Blindleistungsbereitstellung
• Netztechnologische Strukturparameter, wie der Kabel- bzw. Freileitungsanteil, die die Blindleistungserzeugung bzw. -aufnahme systembedingt beeinflussen.

Zukünftige Herausforderungen und Forschungsschwerpunkte

Eine zentraler Herausforderung oder Möglichkeit bei zukünftigen Betrachtungen liegt in der Entwicklung und Anwendung ganzjähriger, zeitdiskreter Simulationen, die eine Vielzahl unterschiedlicher Erzeugungs- und Lastsituationen abbilden. Diese Art von Simulation ermöglicht eine realitätsnahe Bewertung der Netzauslastung, identifiziert potenzielle Engpässe und erlaubt eine belastbare Abschätzung der Wirksamkeit geplanter Infrastrukturausbauten.

Im Zuge dessen gewinnt die Einbindung realer Messdaten aus Wide Area Measurement Systems (WAMS) zunehmend an Bedeutung. WAMS liefern hochaufgelöste, zeitlich exakt synchronisierte winkelrichtige Messwerte von Spannung und Strom aus dem Übertragungsnetz.

Neben dem strukturellen Wandel des Energiesystems in Bezug auf die dezentralen Einspeiser rückt die HVDC (High Voltage Direct Current) Technologie im europäischen Raum zunehmend in den Fokus. Eingebettet in das AC Übertragungsnetz bestehen schon jetzt leistungsfähige DC-Übertragungsstrecken, welche in Zukunft noch weiter ausgebaut und dementsprechend in die netzplanerischen Betrachtungen Einfluss finden. Durch die Entkopplung des physikalischen Verhaltens bei AC Übertragung (DC-Übertragungen können durch die vorhandenen Umrichter gezielt gesteuert werden) bieten diese Strecken weitere Flexibilität und führen zu einer höheren Komplexität der Betrachtungen.

Projekte

Ring Ktn 2 - HS- Ringplanung Ktn Teil 2

Ring Ktn 1 - HS- Ringplanung Ktn Teil 1

Q-Cable - Studie zur Blindleistungskompensation von Hochspannungskabeln