Utilization of Distributed Generation for Islanded Operation and Power System Restoration

Elektrizität und die ununterbrochene Versorgung mit elektrischer Energie sind das Rückgrat moderner Gesellschaften. Angesichts des Klimawandels und der Dekarbonisierung des Transports- und Heizungssektors nimmt diese Abhängigkeit weiter zu. Obwohl elektrische Verbundsysteme normalerweise ununterbrochen betrieben und niemals gezielt abgeschaltet werden, sind Blackouts nicht völlig auszuschließen. Daher haben Netzbetreiber Pläne zum Netzwiederaufbau aus eigener Kraft unter Verwendung schwarzstartfähiger Kraftwerke. Die sich ändernde Struktur der Energiesysteme durch die zunehmende Durchdringung mit verteilter erneuerbarer Erzeugung bringt in dieser Hinsicht sowohl Herausforderungen als auch Chancen mit sich. Darüber hinaus kann die Einbeziehung verteilter Erzeugung das Potenzial zur lokalen Inselnetzversorgung in Verteilnetzen erhöhen, die ein gewisses Maß an Versorgung sogar bei Nichtverfügbarkeit des vorgelagerten Netzes ermöglicht. Der Beitrag dieser Arbeit besteht darin, den Einfluss einiger Einstellungen verteilter Erneuerbarer und deren Wechselwirkung mit den Regelmodi konventioneller Erzeugung sowie den entsprechenden Strategien auf Netzbetreiberebene zu untersuchen. Mit Schwerpunkt auf dem Verhalten bereits verfügbarer Erzeugungsanlagen werden Machbarkeit und Grenzen von Wiederaufbaukonzepten an realistischen Beispielfällen untersucht. Darüber hinaus werden der Bereich an Lastverhalten untersucht, der erwartet werden muss und die damit einhergehende Unsicherheit betrachtet. Die wesentliche Untersuchungsmethode sind Zeitbereichssimulationen.

Electricity and the continuous supply of electric power are the backbone of modern society. With the threat of climate change and the mitigation efforts leading towards decarbonization of transport and heating, the dependence on electric power is even increasing. Whereas interconnected electric power systems are typically operated without interruption and never intentionally shut down, blackouts cannot completely be ruled out. Therefore, power system operators have plans for system restoration using black-start capable plants. The changing the structure power system around the world due to the increasing penetration of distributed renewable generation goes along with challenges as well as opportunities in this regard. Furthermore, the inclusion of distributed generation can increase the potential of local emergency island systems at the distribution level that provide some level of supply even when the upstream network is unavailable. The contribution of this thesis is to assess the impact of a several settings of distributed renewables and their interaction with control modes of conventional generation and the corresponding control strategies at the operator level. With a focus on the range of behaviors of generation units currently already in place, the feasibility and limitations of restoration schemes including renewable generation are investigated in realistic example cases. Furthermore, the range of load behavior that must be expected and the respective uncertainty is investigated. The main method of investigation is to conduct time domain simulations.