Beurteilung der Spannungsstabilität
Die Erkenntnisse aus der Arbeit des FEN sollen den Energieversorgungsunternehmen ermöglichen, zu verstehen, ob es ein Problem mit der Spannungsstabilität in ihren Hoch- und Mittelspannungsnetzen gibt und welche Maßnahmen sie ergreifen müssen, um einen Spannungseinbruch in ihren Netzen auf einer soliden Grundlage zu verhindern. Die Kernfragen, die es zu beantworten gilt:
- Welches ist der höchste Bedarf (insgesamt oder pro Knoten), der in NE3- und NE5-Netzen keinen Spannungseinbruch an jedem ewz-Knoten verursacht?
- Wenn ein Problem mit der Spannungsstabilität geben würde, in welcher Reihenfolge sollen die Lasten wieder in Betrieb genommen werden, um ein Spannungsproblem zu vermeiden?
Das Schweizer EVU ist für die Sicherstellung einer qualitativ hochwertigen Stromversorgung in seinen Netzen auf der Netzebene 3 und darunter verantwortlich. Das EVU beobachtet mehrere wichtige Leistungskennzahlen, wie z.B. die Spannungsqualität (d.h. ob die Spannungshöhe an jedem Bus innerhalb akzeptabler Grenzen liegt), um die Qualität der Spannungshaltung zu messen. Einer der Faktoren, die zur „Spannungsqualität” beitragen, ist die Fähigkeit des Systems in Bezug auf die Spannungsstabilität.
In Anbetracht der Auswirkungen der möglichen Strommangellage im kommenden Winter auf das Stromnetz interessiert sich das EVU dafür, ob es in ihren NE3- und NE5-Netzen zu Spannungsstabilitätsproblem kommen kann, wenn das EVU die Lasten entweder gleichzeitig oder in einer vordefinierten Reihenfolge nach einem grossflächigen Lastabwurf wieder versorgt werden. Das EVU ist daran interessiert zu untersuchen, wie hoch die Spannungsstabilitätsmarge im System ist und wie diese Marge gemessen werden kann.
Spannungsstabilität ist definiert als die Fähigkeit eines Systems, die Knotenspannungen sowohl im Normalbetrieb als auch nach Einwirkung einer kleinen oder grossen Störung innerhalb der Grenzwerte zu halten. Wie in Abbildung 1 dargestellt wird, ist die Beziehung zwischen der Spannung und der Wirkleistung, nichtlinear und wird durch die Art der Lasten (d. h. ohmsch, induktiv, kapazitiv) erheblich beeinflusst. Es
ist übliche Praxis, dass die Netzbetreiber eine „Spannungsstabilitätsmarge” (Abbildung 2) festlegen, die durch Folgendes bestimmt wird:
- ihre technische Praxis,
- die vorhandene Netzinfrastruktur (z. B. durch Kabel oder Freileitungen dominiert, Vorhandensein von Stufenschaltern, Spannungsreglern), sowie
- die Art der Lasten (z. B. Haushalte, Industrielasten usw.).
Die Auswertung der Spannungsstabilität in den Stromnetzen wird mit herkömmlichen Instrumenten durchgeführt, wobei die Art der Auswertung vom Interesse der Ärt des Ereignissesäbhängt. Im Rahmen dieser Studie liegt der Schwerpunkt auf der „stationäre oder statische Spannungsstabilität” von Interesse, die verwendet wird, wenn es darum geht, die Stabilitätsmarge zu Planungszwecken zu ermitteln.
Der Schwerpunkt liegt auf den Spannungsstabilitätsmargen an den Lastbussen in den HV- (NE3) und MV-Netzen (NE5). Die ETH schlägt einen lastflussbasierten Ansatz vor, um die statische Spannungsstabilitätsmarge an jedem der oben genannten Knoten für bestimmte stationäre Betriebsbedingungen, wie z. B. den schlechtesten Tag im Winter, zu bestimmen. Die Empfindlichkeit jeder Knotenspannung gegenüber des Lastes wird berechnet, um die ”schwachen” und ”starken” Knoten zu ermitteln. Es werden aufeinanderfolgende Lastflussberechnungen durchgeführt
- zunächst durch Erhöhung des Wirk- und Blindleistungsbedarfs (P und Q) bei konstantem Leistungsfaktor (wie im Basisfall) für jeden einzelnen Bus, um die Veränderung der Spannungsempfindlichkeit ∆Vi/∆Pi zu ermitteln, wobei i die Knotennummer bezeichnet,
- dann durch schrittweise Erhöhung der Nachfrage im gesamten Netz und Beobachtung der ∆Vi/∆Pi, wobei i ≠ j.
[Tool: in-house FlexOPF, FlexDyn]