TY - THES

T1 - Anwendbarkeit der Methodik der Netzreduktion für den zellularen Ansatz

AU - Traupmann, Anna

N1 - nicht gesperrt

PY - 2018

Y1 - 2018

N2 - Die weitgreifenden Veränderungen in der Erzeuger- und Verbraucherstruktur sowie die verpflichtende Einhaltung diverser energiepolitischer Ziele bedingen einen Wandel der heutigen Energiesysteme sowie neue Methoden zur Netzplanung und Betriebssteuerung. Da das elektrische Netz in diesem Zusammenhang gegenüber dem Wärme- und Gasnetz die größte Herausforderung darstellt, wird am Lehrstuhl für Energieverbundtechnik schon länger im Rahmen diverser Projekte an einer entsprechenden Modellierung elektrischer Netze über einen zellularen Ansatz zur Ermöglichung zukünftiger, effizienter Hybridnetze gearbeitet. Aus einem im Softwareprogramm NEPLAN [1] bereits modellierten Netz der 5 kV-Mittelspannungsebene wurde ein kleiner Netzausschnitt herangezogen, um die Anwendung unterschiedlicher Netzvereinfachungs- sowie Netzreduktionsmethoden über ein entsprechendes Berechnungsprogramm in MATLAB [2] zu testen. Ziel ist es, ein vorhandenes, mit der Methodik des zellularen Ansatzes erstelltes Modell, hinsichtlich Abbildungsgenauigkeit der Leistungsflüsse zu verbessern. Um dies zu ermöglichen müssen die elektrischen Leitungen korrekt nachgebildet werden, weshalb jede Leitung über die Vierpoltheorie durch eine 2x2-Zweitormatrix berücksichtigt werden muss. Zur Beschreibung des noch nicht reduzierten Gesamtnetzes werden die Knotengleichungen für jeden Netzknoten aufgestellt. Wird dieses Gleichungssystem in Matrizenschreibweise dargestellt, beschreiben die Koeffizienten der Knotenspannungen die Knotenadmittanzmatrix, welche die topologischen Informationen des Netzes enthält und deren Matrixelemente sich aus den Zweitormatrizen ergeben. Um daraus ein möglichst genaues Zellenmodell abzuleiten, werden die derzeitig zum Einsatz kommenden Netzreduktionsverfahren auf ihre Anwendbarkeit untersucht. Das bereits in Zellen eingeteilte Gesamtnetz wird in Knotensysteme unterteilt, dies ermöglicht eine systematische Herangehensweise für die Netzreduktion. Die Einteilung erfolgt in ein externes, ein internes und ein Grenzsystem, welches das interne und externe System miteinander verbindet. Nach diesem Schema wird für jede Zelle eine Knotenadmittanzmatrix aufgestellt. Über ein entsprechendes Lösungsverfahren erfolgt die sukzessive Netzreduktion jeder Zelle, beginnend bei jenen Zellen, die die geringste Anzahl an Verbindungsleitungen zu anderen Zellen aufweisen. Daraus sollen schlussendlich die Parameter für ein neues, verbessertes Zellenmodell aus MATLAB [2] erhalten werden, welches die Leistungsflüsse zwischen den Zellen äquivalent abbildet und die Verbindungsleitungen durch fiktive Ersatzleitungen unter Berücksichtigung aller Leitungen im Zelleninneren beschreibt. Mit diesen Parametern wird in NEPLAN [1] ein neues Zellenmodell modelliert. Über eine Lastflusssimulation in NEPLAN [1] können die Ergebnisse mit jenen des Originals und jenen des ursprünglichen Zellenmodells mit E-RLC-Modul verglichen werden und Aussage darüber getroffen werden, inwiefern Verbesserungen erzielt werden.

AB - Die weitgreifenden Veränderungen in der Erzeuger- und Verbraucherstruktur sowie die verpflichtende Einhaltung diverser energiepolitischer Ziele bedingen einen Wandel der heutigen Energiesysteme sowie neue Methoden zur Netzplanung und Betriebssteuerung. Da das elektrische Netz in diesem Zusammenhang gegenüber dem Wärme- und Gasnetz die größte Herausforderung darstellt, wird am Lehrstuhl für Energieverbundtechnik schon länger im Rahmen diverser Projekte an einer entsprechenden Modellierung elektrischer Netze über einen zellularen Ansatz zur Ermöglichung zukünftiger, effizienter Hybridnetze gearbeitet. Aus einem im Softwareprogramm NEPLAN [1] bereits modellierten Netz der 5 kV-Mittelspannungsebene wurde ein kleiner Netzausschnitt herangezogen, um die Anwendung unterschiedlicher Netzvereinfachungs- sowie Netzreduktionsmethoden über ein entsprechendes Berechnungsprogramm in MATLAB [2] zu testen. Ziel ist es, ein vorhandenes, mit der Methodik des zellularen Ansatzes erstelltes Modell, hinsichtlich Abbildungsgenauigkeit der Leistungsflüsse zu verbessern. Um dies zu ermöglichen müssen die elektrischen Leitungen korrekt nachgebildet werden, weshalb jede Leitung über die Vierpoltheorie durch eine 2x2-Zweitormatrix berücksichtigt werden muss. Zur Beschreibung des noch nicht reduzierten Gesamtnetzes werden die Knotengleichungen für jeden Netzknoten aufgestellt. Wird dieses Gleichungssystem in Matrizenschreibweise dargestellt, beschreiben die Koeffizienten der Knotenspannungen die Knotenadmittanzmatrix, welche die topologischen Informationen des Netzes enthält und deren Matrixelemente sich aus den Zweitormatrizen ergeben. Um daraus ein möglichst genaues Zellenmodell abzuleiten, werden die derzeitig zum Einsatz kommenden Netzreduktionsverfahren auf ihre Anwendbarkeit untersucht. Das bereits in Zellen eingeteilte Gesamtnetz wird in Knotensysteme unterteilt, dies ermöglicht eine systematische Herangehensweise für die Netzreduktion. Die Einteilung erfolgt in ein externes, ein internes und ein Grenzsystem, welches das interne und externe System miteinander verbindet. Nach diesem Schema wird für jede Zelle eine Knotenadmittanzmatrix aufgestellt. Über ein entsprechendes Lösungsverfahren erfolgt die sukzessive Netzreduktion jeder Zelle, beginnend bei jenen Zellen, die die geringste Anzahl an Verbindungsleitungen zu anderen Zellen aufweisen. Daraus sollen schlussendlich die Parameter für ein neues, verbessertes Zellenmodell aus MATLAB [2] erhalten werden, welches die Leistungsflüsse zwischen den Zellen äquivalent abbildet und die Verbindungsleitungen durch fiktive Ersatzleitungen unter Berücksichtigung aller Leitungen im Zelleninneren beschreibt. Mit diesen Parametern wird in NEPLAN [1] ein neues Zellenmodell modelliert. Über eine Lastflusssimulation in NEPLAN [1] können die Ergebnisse mit jenen des Originals und jenen des ursprünglichen Zellenmodells mit E-RLC-Modul verglichen werden und Aussage darüber getroffen werden, inwiefern Verbesserungen erzielt werden.

KW - network reduction

KW - four-pole-theory

KW - two port

KW - load flow calculation

KW - Ward-method

KW - REI-method

KW - Kron-reduction

KW - Netzreduktion

KW - Vierpoltheorie

KW - Zweitor

KW - Lastflussberechnung

KW - Ward-Methode

KW - REI-Methode

KW - Kron-Reduktion

M3 - Masterarbeit

ER -