Porst J (2025)
Publication Language: German
Publication Type: Thesis
Publication year: 2025
Publisher: FAU University Press
City/Town: Erlangen-Nürnberg
ISBN: 978-3-96147-836-1
DOI: 10.25593/978-3-96147-837-8
Durch den Umbau der Energieversorgung, dem steigenden Zubau von erneuerbaren
Energien sowie angesichts eines verzögerten Netzausbaus ergeben
sich neue Einsatzmöglichkeiten für Batteriespeichersysteme. So sollen im
deutschen Übertragungsnetz zukünftig Großbatteriespeicher als sogenannte
Netzbooster im Rahmen eines kurativen Netzengpassmanagements zur kurativen
Netzentlastung eingesetzt werden. Damit soll unter anderem eine Höherauslastung
des Bestandsnetzes erreicht sowie die weiterhin sichere Integration
erneuerbarer Energien ermöglicht werden.
Gegenstand der vorliegenden Arbeit sind simulative Untersuchungen des
Einflusses verschiedener Netzbooster-Betriebskonzepte auf die Systemstabilität
des deutschen Übertragungsnetzes. Die betrachteten Betriebskonzepte
umfassen zum einen den Einsatz als netzentlastende Maßnahme in Sinne
des kurativen Netzengpassmanagements sowie zum anderen den Einsatz
als netzstabilisierende Maßnahme durch die Bereitstellung verschiedener
Systemdienstleistungen. Schließlich wird der gleichzeitige Einsatz als netzstabilisierende
und netzentlastende Maßnahme in Form von kombinierten
Betriebskonzepten untersucht.
Zu Beginn der Arbeit wird das Prinzip des bisher angewandten präventiven
Netzengpassmanagements erläutert und die zugehörigen Prozesse in der
Netzbetriebsplanung und im Echtzeitsystembetrieb dargelegt. Anschließend
wird die Funktionsweise des kurativen Netzengpassmanagements sowie des
Netzbooster-Konzepts erklärt. Zusätzlich werden die in der Literatur bekannten
Auswirkungen der Höherauslastung auf die Systemstabilität dargestellt
und die Möglichkeit einer betrieblichen Stabilitätsbewertung im Rahmen
eines Dynamic Stability Assessment (DSA)-Prozesses aufgezeigt.
Der Einfluss der Netzbooster-Betriebskonzepte auf die Systemstabilität wird
mittels Zeitbereichssimulationen im Mitsystem im Netzberechnungsprogramm
DIgSILENT PowerFactory untersucht. Dazu wird auf der Grundlage
eines Lastflussmodells ein dynamisches Übertragungsnetzmodell für Kontinentaleuropa
aufgebaut. Die dafür verwendeten dynamischen Betriebsmittelund
Regelungsmodelle für die verschiedenen Netzkomponenten sowie die
dazu notwendigen Modellierungsschritte werden ebenfalls erläutert.
Der Einsatz der Großbatteriespeichersysteme wird sowohl in Form eines
Punkt-zu-Punkt-Netzboosters sowie als systemischer Netzbooster untersucht. Dabei wird für die Batteriespeichersysteme neben einer netzfolgenden Umrichterregelung
auch eine netzbildenden Umrichterregelung implementiert, um
die Bereitstellung von virtueller Trägheit als Systemdienstleistung zu ermöglichen.
Die Ergebnisse der Zeitbereichssimulationen zeigen die Auswirkungen der
Höherauslastung und des kurativen Netzbooster-Einsatzes auf die Systemstabilität.
Es wird aufgezeigt, dass sich die Höherauslastung vor allem negativ auf
die Spannungsstabilität und Polradwinkelstabilität auswirkt. Des Weiteren
wird deutlich, dass in hochausgelasteten Netzsituationen weitere Systemdienstleistungen
als Begleitmaßnahmen notwendig sind, um ein kuratives
Netzengpassmanagement mit Netzboostern erfolgreich umsetzen zu können.
Hierzu gehören insbesondere die zusätzliche Bereitstellung von regelbarer
Blindleistung zur Spannungsstützung sowie die Bereitstellung virtueller Trägheit
zur Erhöhung der Schwungmasse in einer Netzregion.
Aufbauend auf den Ergebnissen werden Untersuchungen zur Erbringung von
Systemdienstleistungen mit Hilfe von Netzbooster-Anlagen durchgeführt.
Diese beinhalten verschiedene Betriebskonzepte der Netzbooster, sodass
neben dem kurativ entlastenden Einsatz auch ein stabilisierender Einfluss
durch Netzbooster auf das Systemverhalten des Übertragungsnetzes erreicht
wird. Die Ergebnisse verdeutlichen insbesondere den Mehrwert von Multi-
Use-Konzepten für Großbatteriespeichersysteme in Form einer kombinierten
Betriebsweise.
Daran anschließend wird anhand eines Python-basierten DSA-Werkzeugs die
beispielhafte Umsetzung eines DSA-Prozesses in der Betriebsplanung dargestellt.
Die verschiedenen Betriebskonzepte der Netzbooster-Anlagen (kurativ
entlastend und/oder stabilisierend) werden mittels Stabilitätsindikatoren
ausgewertet und hinsichtlich ihres Einflusses auf die Systemstabilität bewertet.
Auf dieser Grundlage werden Handlungsempfehlungen zum optimalen
Betriebskonzept einer Netzbooster-Anlage passend zu einer vorliegenden
Netzsituation abgeleitet.
Die Ergebnisse der Untersuchungen werden abschließend zusammenfassend
dargestellt und ein Ausblick auf weiterführende Arbeiten gegeben.
APA:
Porst, J. (2025). Betriebskonzepte für Batteriespeichersysteme in hochausgelasteten Übertragungsnetzen (Dissertation).
MLA:
Porst, Johannis. Betriebskonzepte für Batteriespeichersysteme in hochausgelasteten Übertragungsnetzen. Dissertation, Erlangen-Nürnberg: FAU University Press, 2025.
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