Veerashekar K (2023)
Publication Language: German
Publication Type: Thesis
Publication year: 2023
URI: https://opus4.kobv.de/opus4-fau/files/22806/DissertationKishanVeerashekar.pdf
In Entwicklungs- und Schwellenländern wird die Anzahl von nahe
beieinanderliegenden hybriden Insel-Mikronetzen zukünftig zunehmen.
Motorbetriebene Synchrongeneratoren sowie stromeinprägende Photovoltaikanlagen
und spannungseinprägende Batteriespeichersysteme werden
in unterschiedlichen Verhältnissen in hybride Mikronetze integriert.
Durch die Vernetzung von benachbarten hybriden Insel-Mikronetzen
können Brennstoffkosten eingespart und Treibhausgasemissionen verringert
sowie die Versorgungssicherheit erhöht werden.
In hybriden Mikronetzen mit mehr als zwei Synchrongeneratoren sollte
allerdings die transiente Stabilität nicht vernachlässigt werden. Anders als
bei Übertragungsnetzen mangelt es bei Mikronetzen an Erfahrungen besonders
hinsichtlich der Bewertung der transienten Stabilität. Mithilfe
hybrider Ansätze, basierend auf zeitbasierten Simulationen und der Analyse
der Energiefunktion, erfolgt die quantitative Auswertung der transienten
Stabilität. Die bereits existierenden hybriden Methoden wurden
für Übertragungsnetze mit Synchrongeneratoren entwickelt und können
auf Mikronetze nicht angewendet werden. Deswegen liegt der Fokus dieser
Dissertation auf der Entwicklung eines neuen hybriden Ansatzes,
durch den die dynamischen Grenzen von Mikronetzen anhand von stabilitätsrelevanten
Größen ermittelt werden können.
Darüber hinaus wurde die Auswirkung einer Variation der dynamischen
Blindstrombereitstellung durch Photovoltaikanlagen auf die transiente
Stabilität untersucht, da die Leitungen von Mikronetzen gegenüber den
Leitungen von Übertragungsnetzen ein relativ hohes R/X-Verhältnis aufweisen.
Des Weiteren wurde der Effekt der Vernetzung der Mikronetze
auf die Rotorwinkel-, Spannungs- und Frequenzstabilität analysiert.
Im Rahmen dieser Dissertation wurden drei realitätsgetreue ländliche
Mikronetze bzgl. dreier Betriebsmodi dynamisch modelliert: Insel, Verbund
und Cluster. Dabei wurden neben einem Referenzszenario vier hybride
Szenarien untersucht, die vier Zeitpunkten an einem leichtbewölkten
tropischen Sommertag bei einem Starklastfall entsprechen. Nach der erfolgreichen
Validierung der modellierten Mikronetze erfolgte die Analyse
des Zusammenspiels von Mikronetzen auf der Anlagen- und Systemebene
sowie der Auswirkung der drei Betriebsmodi auf die Systemstabilität. Anhand
der Untersuchungsergebnisse kann festgestellt werden, dass das Risiko der Instabilität als Folge der Vernetzung von Mikronetzen zunimmt.
Aus den Untersuchungsergebnissen hinsichtlich der Variationen der
Blindstrombereitstellung durch stromeinprägende Photovoltaikanlagen
kann gefolgert werden, dass in Mikronetzen für Photovoltaikanlagen im
Fehlerfall ein hundertprozentiger Wirkstrom statt eines Blindstroms empfehlenswert
ist.
Mithilfe der in dieser Dissertation neu entwickelten sogenannten mikrohybriden
Methode wurde die quantitative Bewertung der transienten Stabilität
in hybriden Mikronetzen durchgeführt. Die hier vorgestellten stabilitätsrelevanten
Größen wie Systemstabilitätsgrad, Stabilitätsreservegrad,
Beteiligungsfaktor und korrigierte kritische Fehlerklärungszeit tragen
signifikant zur effektiven Planung und zum effektiven Betrieb von
Mikronetzen bei.
Die mikro-hybride Methode kann für die Bewertung der transienten Stabilität
von hybriden Mikronetzen angewendet werden, die aus dieselmotorbetriebenen
Synchrongeneratoren, Photovoltaikanlagen und Batteriespeichersystemen
bestehen. Anhand des erlangten detaillierten stabilitätsrelevanten
Wissens über Fehlerfälle in Mikronetzen können gegebenenfalls
Maßnahmen zur Verbesserung der transienten Stabilität ergriffen
bzw. entsprechende Handlungsempfehlungen abgeleitet werden. Beispielsweise
kann die Erstellung von Erzeugungsfahrplänen insbesondere
unter Berücksichtigung von erneuerbaren Energieanlagen, Anpassung von
Schutzeinstellungen, Vernetzung von Mikronetzen, Netzausbau usw.
optimiert werden.
APA:
Veerashekar, K. (2023). Bewertung der transienten Stabilität von vernetzten autonomen hybriden Mikronetzen (Dissertation).
MLA:
Veerashekar, Kishan. Bewertung der transienten Stabilität von vernetzten autonomen hybriden Mikronetzen. Dissertation, 2023.
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