Netzstudien und Netzanalysen
Die P&M Power Consulting GmbH unterstützt im Rahmen von Netzstudien und –analysen zu verschiedensten Problem- und Fragestellungen der Netzplanung und des operativen Netzbetriebes. Dazu zählen insbesondere:
PowerQuality-Analysen
Im Rahmen von Störungs- und PowerQuality-Analysen werden auf der Grundlage gezielter Messungen die aktuellen netztechnischen Gegebenheiten aus Sicht der Spannungsqualität ermittelt und normgerecht bewertet. Die Ergebnisse werden zunächst in ein geeignetes Simulationsmodell überführt, um den IST-Zustand des zu betrachtenden Netzes bzw. Netzausschnittes zu modellieren. Auf der Grundlage dieses mathematischen Abbildes werden Maßnahmen und technische Lösungen zur Gewährleistung einer normenkonformen Spannungsqualität untersucht und die technisch-wirtschaftliche Vorzugsvariante ermittelt. Die Ermittlung der technischen Lösung erfolgt stets in enger Abstimmung mit dem Kunden und berücksichtigt den aktuellen Stand der Technik.
Aus diesem Spannungsfeld heraus resultiert eine Vielzahl von technischen und technisch-wirtschaftlichen Fragestellungen, bei deren Beantwortung P&M Power Consulting gern unterstützt.
Bestimmung der Parameter und Kenngrößen zur Netzanschlussbewertung exponierter Anlagen
Darüber hinaus bietet die P&M Power Consulting die Bestimmung der Parameter und Kenngrößen zur Netzanschlussbewertung exponierter Anlagen, wie bspw. HVDC-Konvertern, STATCOMs und MSCDNs - insbesondere in der HS- und HöS-Ebene - an.
Der diesbezügliche Leistungsumfang umfasst jeweils:
Der diesbezügliche Leistungsumfang umfasst jeweils:
1. die Bestimmung der Hintergrundharmonischen, Zwischenharmonischen und Höherharmonischen
2. die Ermittlung der individuellen Planungspegel für Harmonische, Zwischenharmonische und Höherharmonische sowie
3. die Berechnung der frequenzabhängigen Impedanzpolygone.
Die genannten Kenngrößen und Parameter werden auf der Grundlage von kombinierten mess- und simulationstechnischen Untersuchungen ermittelt. Je nach Anforderung des Netzbetreibers werden dabei verschiedene repräsentative Netzausbauzustände, Netznutzungsfälle und Schaltzustände berücksichtigt.
Studien zur Blindleistungsbereitstellung aus EE-Anlagen und deren Nutzung im Rahmen der operativen Netzbetriebsführung
EE-Anlagen, el. Speicher sowie andere neuartige Netzanschlussnehmer, wie bspw. Power-to-X Anlagen, müssen Systemdienstleistungen (SDL) erbringen, die deren elektrisches Verhalten in wesentlichen Punkten an das konventioneller Kraftwerke annähert. In Folge des rasanten Ausbau der Erneuerbaren Energien und des gleichzeitigen Wegfalls von konventionellen Kraftwerken soll damit die Sicherheit und Stabilität der Elektroenergieversorgung auch perspektivisch sichergestellt werden.
Ein wesentlicher Punkt der geforderten Eigenschaften besteht in der Bereitstellung von Regelblindleistung innerhalb der in den Technischen Regeln VDE-AR-N 4110 / 4120 und 4130 definierten Grundanforderungen.
Für die Verteilnetzbetreiber steht die Fragestellung, ob und in welchem Umfang die zur Verfügung stehende Blindleistung zur Netzbetriebsführung der 110-kV-Netzebene genutzt werden kann. Für die Übertragungsnetzbetreiber ist es von Interesse, ob und in welchem Maße Regelblindleistung aus den unterlagerten Netzebenen für die Netzbetriebsführung des eigenen HöS-Netzes zur Verfügung steht.
Die P&M Power Consulting GmbH hat in den vergangenen Jahren zu dieser Problemstellung umfangreiche Netzstudien auf Basis von umfangreichen Netzmodellen, die übergreifend sowohl die HöS-Ebene als auch 110-kV-Netzgruppen bis in die unterlagerten Mittelspannungsnetze detailliert abbilden, durchgeführt und bildet in diesem Kontext folgende Leistungen an:
1. Ermittlung der gegenwärtig und perspektivisch durch EE-Anlagen in den Verteilnetzen bereitstellbaren Blindleistung
2. Untersuchung zur Nutzbarkeit der Regelblindleistung im Rahmen der Betriebsführung der HS- und MS-Netze
3. Definition der Anforderungen zur Spannungshaltung im Zusammenhang mit dem Abruf der Regelblindleistung
4. Ermittlung der verfügbaren Blindleistungsstellbereiche an den Schnittstellen zum Höchstspannungsnetz
5. Grundsatz- und Detailbetrachtungen zur Steuerung der Blindleistungsflüsse in den vermaschten HS-Netzen.
Die bereits vorliegenden Erkenntnisse werden gegenwärtig vertieft und im Hinblick auf weiterführende Fragestellungen fortgeführt.
Studien zum dynamischen Verhalten der elektrischen Netze
Das dynamische Betriebs- und Störverhalten der elektrischen Netze wird durch die entsprechenden Eigenschaften des Netzes selbst sowie aller angeschlossenen Erzeugungsanlagen, Verbraucher, Speicher, Power-to-X Anlagen und sonstiger el. Betriebsmittel zur Lastflusssteuerung bestimmt. Aus Sicht des Netzbetreibers stellt sich insbesondere die Frage, wie sich die Überlagerung der dynamischen Eigenschaften aller Anschlussnehmer bei Klein- oder Großsignalstörungen darstellt, ob und in welchem Maße Grenzwerte von PowerQuality-Kenngrößen verletzt werden und ob bzw. in welcher Zeit das System in einen stabilen Zustand zurückkehrt.
Die P&M Power Consulting bietet diesbezüglich folgende Studienleistungen an:
1. Entwicklung geeigneter dynamischer Modelle der konventionellen Kraftwerke, EE-Erzeugungsanlagen, Speicher, Power-to-X Anlagen sowie exponierter und sonstiger Abnehmer für die dynamische Netzberechnung
2. Untersuchungen zu den dynamischen Eigenschaften bzw. zur dynamischen Stabilität des Systems unter Anwendung der Modelle zu 1, u.a. zu folgenden Aspekten:
- Einhaltung des Δu-Kriteriums bei repräsentativen Zustandsänderungen im Normalbetrieb
- Gewährleistung der dynamischen Spannungs- und Frequenzstabilität bei Netzfehlern
- Zeitdauer bis zur Rückkehr des Systems in den eingeschwungenen Zustand
- Reaktion des Netzschutzes auf die dynamischen Ausgleichvorgänge.
Aus den Untersuchungsergebnissen werden Schlussfolgerungen, Maßnahmen und Empfehlungen zur Einhaltung spezieller Planungskriterien bzw. zur Gewährleistung eines sicher und stabilen Netzbetriebes abgeleitet.
Studien zum Netzwiederaufbau nach Versorgungsausfall
Die Verteilnetzbetreiber stehen aktuell vor der Herausforderung, die eigenen 110-kV-Netze mit unterlagerten MS- / NS-Netzen nach einem flächendeckenden Versorgungsausfall – bei Bedarf - selbst wiederaufbauen zu müssen. Dazu stehen in der Regel konventionelle Kraftwerke (GuD-Kraftwerke / Wasserkraftwerke) kleinerer und mittlerer Leistung sowie inselnetzfähige Speicher und/oder EE-Anlagen zur Verfügung, die Schritt für Schritt mit den elektrischen Betriebsmitteln des Netzes und den el. Verbrauchern zu Netzinseln zusammenzuschalten und anschließend untereinander bzw. mit dem übergeordneten Übertragungsnetz zu synchronisieren sind. Dabei gilt es stets, die Betriebsgrenzen (U- und I-Grenzen) des elektrischen Netzes einzuhalten, die Erzeugungsanlagen und Speicher innerhalb ihrer zulässigen Wirk- und Blindleistungsgrenzen zu betreiben sowie die statische und dynamische Frequenz- und Spannungsstabilität zu gewährleisten.
Die P&M Power Consulting GmbH bietet in diesem Kontext folgende Ingenieurleistungen an:
1. Entwicklung geeigneter stationärer und dynamischer Berechnungsmodelle der Kraftwerke, Speicher, EE-Anlagen und Lasten sowie der elektrischen Betriebsmittel des Netzes zur Simulation des schrittweisen Netzwiederaufbaus nach Blackout
2. Anwendung dieser Modelle zur Überprüfung / zum Nachweis folgender Kriterien
- Einhaltung der thermisch zulässigen Ströme, der statischen Spannungshaltung sowie einer normenkonformen PowerQuality in den verschiedenen Inselnetzzuständen des Netzwiederaufbaus
- Einhaltung der zulässigen Betriebsbereiche der Generatoren und Erzeugungsanlagen
- Gewährleistung der statischen / dynamischen Frequenz- und Spannungsstabilität beim schrittweisen Netzwiederaufbau
- Gewährleistung eines sicheren und selektiven Netzschutzes im Inselnetz bei gleichzeitiger Vermeidung einer Schutzüberfunktion.
3. Erarbeitung von Netzwiederaufbaukonzepten bis zum Zusammenschalten mit benachbarten Inselnetzen bzw. Resynchronisierung mit dem vorgeordneten Übertragungsnetz
Messtechnische Unterstützung/Sicherstellung von praktischen Netzwiederaufbauversuchen.