Echtzeitfähige Parameterschätzung von Netzpendelungen im kontinentaleuropäischen Verbundnetz

Abstract

In einem ausgedehnten Verbundsystem treten Netzpendelungen als Schwingungen der Polräder von Generatorgruppen auf. Sie werden durch systemimmanente Leistungsungleichgewichte angeregt und führen neben der Pendelung der Netzfrequenz auch zu überlagerten oszillierenden Leistungsflüssen, welche zur Überlastung einzelner Leitungen, Teilnetzbildung oder dem Ausfall einzelner Teilsysteme führen können. In den derzeitigen Netzleitsystemen der Übertragungsnetzbetreiber werden die auftretenden Netzpendelungen im Betrieb nur vereinzelt überwacht und im präventiven Sicherheitsprozess nicht berücksichtigt. Dies ist neben anderen Gründen dem geschuldet, dass derzeitig keine Methode existiert, die ein robustes und präzises Monitoring garantiert. Innerhalb dieser Arbeit wird eine Methode entwickelt, mit derer die wesentlichen Parameter von Netzpendelungen, die Periodendauer und der Dämpfungsgrad, robust detektiert werden können. Die Arbeit vergleicht zuerst bisher bekannte Methoden. Die Kombination der beiden vielversprechendsten Methoden, das Kalman-Filter-Verfahren und das Wavelet-Transformations-Verfahren, führt zu einer Methode, die sowohl die Echtzeitidentifikation der Parameter als auch eine robuste Schätzung des Dämpfungsgrades ermöglicht. Bekannte Methoden sind dazu vor allem im störungsfreien Betrieb nicht in der Lage. Anhand einer realen Netzpendelung aus dem Jahre 2011 wird die Wirkungsweise der neu entwickelten Methode aufgezeigt. Für das kontinentaleuropäische Verbundsystem werden die vorherrschenden dominanten Schwingungsmoden des europäischen Verbundnetzes identifiziert und für diese ein minimales Messsystem abgeleitet. Für diese Schwingungsmoden werden mit der neu entwickelten Methode und vorhandener Frequenzmessdaten eines institutseigenen Frequenzmesssystems für jede Stunde des Jahres 2013 sowohl die Periodendauer als auch der Dämpfungsgrad ermittelt. Auf Basis öffentlicher Daten, wie Netzlast, Einspeisung aus erneuerbarer Energien und der grenzüberschreitenden Austauschleistung wird mithilfe einer Regressionsanalyse der Einfluss dieser Netzparameter auf Netzpendelungen analysiert und bewertet. Es zeigt sich vor allem zwischen der residualen Netzlast und der Periodendauer eine starke positive Korrelation. Die Korrelation des Dämpfungsgrades mit der residualen Netzlast ist je nach Mode entweder positiv oder negativ und weniger stark ausgeprägt als die Korrelation zwischen Periodendauer und Residuallast. Allein mit den öffentlich zugänglichen Einflussparametern kann mittels einer multiplen Regressionsanalyse die Periodendauer mit einer Genauigkeit von 68 % und der Dämpfungsgrad mit einer Genauigkeit von 31 % vorhergesagt werden.