Schwarzstart und Netzwiederaufbau

Allgemeines

Der Netzzusammenbruch in Italien 2003 und die Netztrennung des kontinentaleuropäischen Übertragungsnetzes 2006 führten zu einer Intensivierung der Forschungs- und Versuchstätigkeit im Bereich Schwarzstartfähigkeit und Netzwiederaufbau. Die Netzwiederaufbaustrategien für das österreichische Stromnetz konzentrieren sich auf Wasserkraftwerke in Salzburg und Kärnten, wobei durch die große Anzahl an schwarzstartfähiger Anlagen mehrere Möglichkeiten zum Aufbau eines Inselnetzes gegeben sind. Der Ablauf und die Organisation des Netzwiederaufbaus wird regelmäßig in groß angelegten Schwarzstart- und Netzwiederherstellungstests geübt. Das Institut für Elektrische Energiesysteme (IEAN) kooperiert bei diesen Tests als wissenschaftlicher Partner bei der Planung und der abschließenden Analyse mit österreichischen Netz- und Kraftwerksbetreibern. Der Fokus des Institutes liegt dabei auf der Verbesserung der Spannungs- und Frequenzstabilität in den frühen Stadien der Netzwiederherstellung und der Bewertung möglicher Chancen und Herausforderungen einer parallelen Netzwiederherstellung mit mehreren Inseln.

Evaluierung der Frequenzstabilität

Die Netzinseln in der frühen Phase der Netzwiederherstellung haben nur eine geringe Anzahl synchronisierten Generatoren, was zu einer hohen Frequenzänderungsrate (ROCOF) führt. Es ist daher wichtig, Möglichkeiten zur Stabilisierung der Netzfrequenz zu untersuchen, um  einen sicheren und zügigen Netzwiederaufbau zu gewährleisten und ungewollte, frequenzbedingte Abschaltungen zu vermeiden.

Abbildung 1: Messung der Frequenz und Leistung in einem Inselnetz bei einem 7 MW Lastsprung mit Auswertung des Beitrages der rotierenden Massen

Eine Lösung besteht darin, die Reaktionsgeschwindigkeit des Turbinenreglers zu erhöhen. Die Arbeit des Instituts konzentriert sich in diesem Bereich auf die Erstellung geeigneter Reglermodelle für die simulationsunterstützte Untersuchung verschiedener Generator- und Reglerkonfigurationen.

Dezentraler Netzwiederaufbau

Die große Anzahl von Kraftwerken, hauptsächlich Wasserkraftwerken, mit bestätigter Schwarzstartfähigkeit im österreichischen Übertragungs- und Verteilnetz bietet die Möglichkeit einer dezentralen Netzwiederaufbaustrategie. Eine Herausforderung dabei ist die Synchronisierung der einzelnen Netzinseln. Ein weiterer Punkt ist nach der Synchronisation  die kontrollierte Übergabe der Frequenzregelung zwischen unterschiedlichen Maschinen.

Zukünftige Herausforderungen und Möglichkeiten

Bei aktuellen Wasserkraftprojekten kommen immer öfter drehzahlgeregelte Maschinensätze um Einsatz. Diese Änderung der Technologie beeinflusst auch die Strategien für Schwarzstart und Netzwiederherstellung, da durch die Entkopplung der Generatordrehzahl von der Netzfrequenz die positiven Auswirkungen der zusätzlichen Rotationsenergie und des Drehmoment-Drehzahl-Verhaltens von Pumpen für die Stabilisierung der Frequenz der Insel nicht mehr inhärent verfügbar ist. Es können jedoch durch entsprechende Regelkonzepte der Umrichter komplexere Frequenzsteuerungsstrategien implementiert werden.

Die folgenden Themen stehen daher im Fokus der zukünftigen Forschung auf dem Gebiet der optimalen Netzwiederherstellung:

• Optimale Bereitstellung virtueller Schwungmasse
• Effizientere Nutzung der rotierenden Energie im Inselbetrieb
• Betriebliche Möglichkeiten von Frequenzentkopplung zwischen Netz mit Generator/Pumpeinheiten

Die Behandlung dieser Fragen setzt fachübergreifende Kompetenz auf Systemebene voraus.

Projekte

• Insel - Inselnetzsimulation