SCCER-FURIES Dynamik
Nach einer ersten Durchsicht der Literatur und der Prüfung der dynamischen Merkmale des ENTSO-E-Modells wurden verschiedene Szenarien zur Untersuchung ausgewählt, darunter:
- Anteil der umrichtergestützten erneuerbaren Energien. Je mehr Synchronmaschinen ersetzt werden, desto anfälliger wird das ENTSO-E System bei Transienten.
- Variation der anfänglichen Lastflussverteilung zwischen den Bereichen der Systemaufteilung. Je höher der Leistungsaustausch vor dem Split ist, desto größer ist die Auswirkung der Störung.
- Regelungsansätze der erneuerbaren Energien (mit und ohne Netzstützung)
- Kontinentales ENTSO-E-Dynamikmodell mit anfänglichen Last- und Erzeugungsbedingungen und verschiedenen Split-Szenarien. Der Schwerpunkt liegt auf der Nachbildung des Systemsplits von 2006, aber auch auf der Identifizierung und Simulation aufeinander folgender Splitszenarien bei Transienten.
Die Ziele waren wie folgt:
- Modifizierung und Simulation des dynamischen ENTSO-E-Modells
- Untersuchung der Sensitivitäten in Bezug auf die verschiedenen Szenarien (z.B. Anteil der erneuerbaren Energien, Lastflussaustausch zwischen Gebieten)
- Definition und Berechnung von Stabilitätsmetriken für verschiedene Störungsszenarien
- Quantitative Bewertung und Definition/Berechnung eines Stabilitätsindikators für potentielle Störungen (z.B. von den ÜNB verwendet)
- Dynamische Stabilität von Stromnetzen
- Kritische grosse Störungen des ENTSO-E-Netzes (Inselbildung, teilweiser black-out)
- Risiko während Transienten durch reduzierte Schwungmasse
- Möglichkeit der dynamischen Unterstützung durch konverter-basierte Erzeugung
Die dynamische Stabilität des Stromnetzes ist ein wachsendes Problem für große Übertragungsnetze, da die traditionelle Synchronmaschine durch eine umrichtergestützte Stromerzeugung mit geringerer Trägheit ersetzt wird. Abhängig von der Tageszeit und der Lastflusssituation ist das kontinentale ENTSO-E-Übertragungsnetz bereits mit verschiedenen dynamischen Herausforderungen konfrontiert, die von bereichsübergreifenden Oszillationen über vorübergehende Frequenzüberschreitungen bis hin zur Aufspaltung des Systems in mehrere synchrone Bereiche reichen. Untersuchungen in früheren Projekten, Simulationen des vollständigen ENTSO-E-Dynamikmodells und Arbeiten des Projektpartners ZHAW haben gezeigt, dass das System recht robust gegenüber kleinen Störungen ist. Einzelne Ausfälle von Generatoren, Leitungen oder Lasten können einige bereichsübergreifende Schwingungen auslösen, werden aber derzeit nicht als kritische Szenarien angesehen, die die Sicherheit des Systems gefährden. Dies könnte sich in Zukunft ändern, wenn der Anteil der erneuerbaren Energien steigt und die Trägheit des Systems abnimmt. Ein kritischeres und gegenwärtiges Systemszenario ist jedoch das Risiko eines Systembruchs, der durch eine Kaskade von Leitungsausfällen in einem System mit großer Stromübertragung zwischen verschiedenen Gebieten verursacht wird. Technische Gespräche mit dem Projektpartner Swissgrid haben diese Annahmen bestätigt.
Daher wurde eine detaillierte Untersuchung des ENTSO-E Systemsplits als Schwerpunkt der dynamischen Stabilitätsuntersuchung an der ETHZ-FEN gewählt.
- Implementierung des dynamischen ENTSO-E-Modells in einem modularen Simulationsrahmen, der symbolische und numerische Methoden kombiniert. Läuft annähernd in Echtzeit für ein großes kontinentales dynamisches ENTSO-E Modell (ca. 10'000 Busse und 1'000 Generatoren). [Tool: hauseigenes FlexDYN mit Python-basierter Schnittstelle]
- Implementierung verschiedener Umrichtermodelle (Impedanz, stromgesteuerter Kondensator, virtuelle Synchronmaschine)
- Entwicklung eines zweistufigen Initialisierungsansatzes zur Simulation verschiedener bereichsübergreifender Leistungsaustausche (wichtig für realisierbare Spannungs-/Blindleistungssollwerte): 1. Lösung des OPF-Problems (mit Begrenzungen für PG, QG, VG), 2. Lösung des dynamischen Initialisierungsproblems (mit Begrenzungen für AVR, Turbine, Generator)
- Nachbearbeitung der Simulationsergebnisse, Berechnung von Leistungskennzahlen (ROCOF, Nadir, relative
Abweichung, ...) Visualisierung als parametrischer Stabilitätsindikator
Partner: ETHZ (FEN), ZHAW (IEFE), Swissgrid AG
Dauer: 01/2017 - 12/2020
Finanzierung: Innosuisse, Swissgrid
Projektteam: Dr. Alexander Fuchs, Dr. Turhan Demiray
externe SeiteProf. Petr Korba at ZHAW and Dr. Walter Sattinger at Swissgrid