Rückschau

Dortmund, Nordrhein-Westfalen - 2020

IDEAL – Impedanzregler und dezentrales Engpassmanagement zur autonomen Leistungsflusskoordinierung

zur Liste

zur Merkliste hinzufügen

zur Merkliste hinzufügen

zur Route hinzufügen

Im Forschungsprojekt Ideal wird ein agentenbasiertes Engpassmanagementsystem für die Hochspannungsebene mit dezentralen Leistungsflussreglern und Flexibilitätspotentialen der Mittelspannung entwickelt. Die Leistungsflussregler sind sogenannte Impedanzregler, welche direkt an eine Freileitung geklemmt werden und durch eine Spule die Reaktanz der Leitung beeinflussen können. Neben den Leistungsflussreglern werden zur Behebung von Engpässen Flexibilitätspotentiale aus der Mittel- und Niederspannung verwendet. Dafür wird zunächst mit einer State Estimation der Systemzustand bestimmt und anschließend mit einem Optimierungsverfahren das Flexibilitätspotential bestimmt.

Veränderung im Netzsystem

Die zunehmende Abschaltung fossiler Großkraftwerke und der Zubau dezentraler Einspeiser verlagert die Energieeinspeisung von den Übertragungs- in die Verteilnetze. Durch die hohe Volatilität der Energieeinspeisung werden vor allem im Hochspannungsnetz Netzengpässe entstehen. Diese Netzengpässe sind in der Vergangenheit durch Großkraftwerke, beispielsweise in Form eines Redispatches behoben worden, welche zukünftig nicht mehr zur Verfügung stehen. Im Forschungsprojekt IDEAL wird daher ein dezentrales Engpassmanagement mit dezentralen Leistungsflussreglern und flexibler Leistung unterlagerter Mittel- und Niederspannungsnetze entwickelt und getestet.

Gestaltung des Forschungsprojekts

Das im Forschungsprojekt IDEAL entwickelte dezentrale Engpassmanagementsystem fokussiert sich auf die Behebung von Netzengpässen in Hochspannungsnetzen mit einem Agentensystem. Dafür werden zunächst sogenannte Impedanzregler mit einem Positionierungsverfahren optimal im Hochspannungsnetz verteilt. Diese Impedanzregler können durch eine Induktivität die Reaktanz der Leitung verändern und somit den Leistungsfluss im Netz beeinflussen. Die Steuerung der Impedanzregler im Falle eines Netzengpasses erfolgt mit Hilfe eines Multiagentensystems. Die einzelnen Agenten werden Remote Telecontrol Units (RTU) implementiert und an jedem Netzknoten positioniert. Zusätzlich werden in den unterlagerten Mittelspannungsnetzen RTU  installiert. Diese ermitteln auf Basis des Netzzustands die flexible Leistung dieses Netzes. Der Agent erhält in einem regelmäßigen Intervall Leistungsflussmessungen von den Impedanzreglern der ihm zugeordneten Leitungen sowie flexible Leistung der ihm zugeordneten Mittelspannungsnetze. Tritt ein Engpass auf, berechnet der Agent mit Hilfe der benachbarten Agenten eine Lösung zur Behebung des Netzengpasses und führt diese entweder autonom durch oder übermittelt sie an die Leitstelle. Dort wird abschließend final entschieden, wie der Engpass behoben wird.

Zur Bestimmung der flexiblen Leistung, welche aus Anlagen der Mittel- und Niederspannungsnetze bereitgestellt werden kann, wird zunächst der Systemzustand des Netzes mit Hilfe einer State Estimation bestimmt. Dafür sind einzelne Stränge zweier Mittelspanungsnetze in Süddeutschland mit Messtechnik ertüchtigt worden. Die Messtechnik ist in den Ortsnetzstationen dieser Netze installiert worden und misst in einem Intervall von fünf Minuten Spannung, Strom, Leistungsfaktor sowie Wirk- und Blindleistungsfluss. Diese Messwerte werden zur Bestimmung des Systemzustands an ein Gateway gesendet. Für messtechnisch nicht erschlossene Knoten wird ein sogenannter Pseudo Messwert gebildet.

Auf dem Gateway wird mit den vorhandenen Messdaten die komplexe Knotenspannung mit einer State Estimation nach dem Weighted Least Square Verfahren geschätzt und die Auslastung der Leitungen und Transformatoren im Netz bestimmt. Die Software auf dem Gateway ist modular aufgebaut, sodass auch andere Verfahren zur Bestimmung des Systemzustands getestet werden können.

Basierend auf dem berechneten Systemzustand wird das Flexibilitätspotential berechnet. Mit einem Optimierungsverfahren wird ermittelt, inwiefern die flexiblen Einspeiser vom aktuellen Betriebspunkt abweichen können ohne dass Netzrestriktionen verletzt werden. Dieses Flexibilitätspotential wird anschließend aggregiert und dem Agenten der überlagerten Netzebene mitgeteilt. An den Algorithmus besteht die Anforderung, das Flexibilitätspotential in wenigen Rechenschritten möglichst genau zu bestimmen.

Die Untersuchung von drei Impedanzreglern erfolgt durch eine Power-Hardware-in-the-Loop Simulation im Smart Grid Tec Lab der TU Dortmund. Dort ist ein Leiterstand mit drei Freileitungen und jeweils einem Impedanzregler aufgebaut worden. Diese drei Freileitungen sind Teil eines Netzmodells, welches auf einem Echtzeitsimulator simuliert wird. Die Schnittstelle zwischen Echtzeitsimulator und den realen Leitungen ist durch Leistungsverstärker realisiert. Dadurch entsteht ein Stromfluss über die Leitungen. Der Vorteil der Hardware-in-the-Loop Simulation ist die Simulation unter realitätsnahen Bedingungen ohne die direkte Notwendigkeit einer Feldinstallation.

Projektdaten

• Förderung: Bundesministerium für Wirtschaft und Energie
• Körderkennzeichen: 03ET7557A
• Projektbeteiligt: Technische Universität Dortmund, PSI Software AG, ASL Services GmbH, Stadtwerke Kelheim GmbH & Co. KG, Stadtwerke Haßfurt GmbH
• Assoziierte Partner: Accantas Ltd. & Co. KG, Smart Wires Inc.