Advanced Modeling and Analysis of Electrical Grids for Multi-Energy System Approaches

Titel in Übersetzung: Neuartige Modellierung und Analyse von Stromnetzen für MES-Ansätze

Anna Traupmann

Publikation: Thesis / Studienabschlussarbeiten und HabilitationsschriftenDissertation

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Abstract

Der Haupttreiber für tiefgreifende Veränderungen im derzeitigen Energiesystem ist die Notwendigkeit ein nachhaltiges Energiezukunft zu schaffen. Diese Veränderungen stellen aber große Herausforderungen für das Energiesystem dar. Vor allem die elektrischen Netze sind eine Schwachstelle dieser Entwicklungen. Sie begrenzen den Ausbau an dezentralen, volatilen erneuerbaren Energien (RES), sowie moderner Verbraucher (Elektromobilität, Wärme-pumpen, Power-to-Gas, etc.) aufgrund des geforderten stetigen Gleichgewichts zwischen Erzeugung und Verbrauch, um eine stabile Energieversorgung aufrechtzuerhalten und die Betriebsmittel nicht zu überlasten. Eine Möglichkeit diese harten Gleichgewichts-anforderungen im elektrischen Netz zukünftig zeitlich zu flexibilisieren, sind Multi-Energie-Systeme (MES). MES koppeln die derzeit individuell betriebenen Netze (z.B. Strom, Gas und Wärme) und ermöglichen intersektorale Lastverschiebungen in andere Energieträgernetze. Um derartige MES zu erforschen, braucht es auch geeignete Modelle, mit denen Szenarien und Simulationen vorab betrachtet werden können. Auch die Modellierung stellt eine Herausforderung dar, da die einzelnen Energieträgernetze über das übergeordnete MES gekoppelt sind und daher gemeinsame Anknüpfungspunkte haben. Da die einzelnen Netzmodelle unterschiedliche zeitliche und örtliche Detailierungsgrade aufgrund physikalischer Gegebenheiten besitzen, gestalten sich diese Anknüpfungspunkte schwierig. Daher soll in dieser Arbeit ein umfassender Modellierungsansatz vorgestellt werden, der nicht nur eine mögliche Gestaltung dieser Anknüpfungspunkte zeigt, sondern auch einen Kompromiss zwischen dem zeitlich und örtlich hochaufgelösten elektrischen Netzmodell bietet, um Berechnungszeit einzusparen. Dieser Ansatz beinhaltet eine in dieser Arbeit entwickelte Netzreduktionsmethode, die es ermöglicht gegenüber den bisherigen Methoden höhere Abbildungsgenauigkeiten in den reduzierten Netzmodellen zu erreichen. Dazu wird die Methode anhand von eigens entwickelten synthetischen Testnetzen, die reales Netzverhalten auf allen Spannungsebenen abbilden, validiert. Neben der Modellierung von elektrischen Netzen in MES, muss auch eine geeignete Analyse durchgeführt werden, die es ermöglicht den Einfluss von MES auf das elektrische Netz zu identifizieren. Dazu werden in dieser Arbeit drei verschiedene Use Cases vorgestellt, in denen die entwickelte Netzreduktionsmethode angewendet wurde, um elektrische Netzmodelle zu erstellen. Über anschließend durchgeführte hybride Lastflussberechnungen mit dem am Lehrstuhl für Energieverbundtechnik entwickelten hybriden Lastflussberechnungsprogramm HyFlow werden die Auswirkungen von hybriden Lastverschiebungen auf das elektrische Netz analysiert. Dazu werden Spannungsqualität- und -stabilitätsanalysen, sowie Analysen zu thermischen Leitungsüberlastungen sowie zum Eigenverbrauch durchgeführt.
Titel in ÜbersetzungNeuartige Modellierung und Analyse von Stromnetzen für MES-Ansätze
OriginalspracheEnglisch
QualifikationDr.mont.
Gradverleihende Hochschule
  • Montanuniversität
Betreuer/-in / Berater/-in
  • Gawlik, Wolfgang, Beurteiler B (extern), Externe Person
  • Hofmann, René, Mitbetreuer (extern), Externe Person
  • Kienberger, Thomas, Betreuer (intern)
  • Renner, Herwig, Beurteiler A (extern), Externe Person
DOIs
PublikationsstatusVeröffentlicht - 2023

Bibliographische Notiz

nicht gesperrt

Schlagwörter

  • Modellierung elektrischer Netze
  • Analyse elektrischer Netze
  • Multi-Energiesysteme
  • hybride Lastflussberechnung
  • Spannungsstabilität
  • Leitungsüberlastungen
  • Selbstversorgungsanalyse
  • Optimierung
  • zellulärer Ansatz

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