Optimierte Betriebsführung von Stromnetzen unter Berücksichtigung von Stabilitätsaspekten

Die fortschreitende Elektrifizierung bislang fossiler Anwendungen und der damit verbundene langfristige Anstieg des Strombedarfs sowie der verbrauchsferne Zubau erneuerbarer Energien führen zu einer grundlegenden Transformation des elektrischen Energieversorgungssystems. Dadurch entsteht insbesondere die Notwendigkeit eines großräumigen Transports elektrischer Energie von den windreichen Regionen im Norden zu den industriellen Verbrauchszentren im Süden. Da der Ausbau der Stromnetze deutlich langsamer voranschreitet als der Ausbau der erneuerbaren Energien, gewinnt die Erhöhung der Übertragungsfähigkeit des bestehenden Netzes zunehmend an Bedeutung. Dies umfasst die optimale Nutzung freier Kapazitäten bzw. eine gezielte Höherauslastung des bestehenden Netzes unter Wahrung eines sicheren Betriebs nahe an den Stabilitätsgrenzen. Die daraus resultierende hohe Netzauslastung erfordert den Einsatz zusätzlicher betrieblicher Maßnahmen wie Redispatch zur Vermeidung oder Heilung von Engpässen, die sich methodisch als Optimierungsaufgaben beschreiben lassen. Unter diesen betrieblichen Höherauslastung können Netzsituationen auftreten, in denen die Stabilitätsaspekte trotz Einhaltung statischer Betriebsgrenzen nicht mehr gewährleistet werden. Daher kommt der Berücksichtigung zusätzlicher Stabilitätsaspekte sowie ihrer Bewertung in betrieblichen Optimierungsansätzen eine zunehmend große Bedeutung zu.
In der vorliegenden Masterarbeit wird eine solche Netzsituation modelliert, in der eine erhöhte Belastung im Testnetz noch innerhalb der betrieblichen Sicherheitsgrenzwerte erfolgt, die Annäherung an die Stabilitätsgrenze jedoch ausschließlich durch die zusätzliche Berücksichtigung von Stabilitätskennzahlen identifiziert werden kann. Auf dieser Basis wird das modular aufgebaute Optimierungswerkzeug AMYGO um zusätzliche Funktionalitäten erweitert, die eine systematische Berücksichtigung des Spannungsstabilitätskriteriums in Form eines Spannungsstabilitätsindikators und damit eine frühzeitige Identifikation kritischer Betriebszustände sowie eine gezielte Verbesserung der Netzstabilität in aktuellen und zukünftigen betrieblichen Optimierungsfragestellungen ermöglichen. Hierzu wird die Einbeziehung von Spannungsstabilitätsaspekten zunächst im Rahmen des Voltage Stability Constrained Optimal Power Flow (VSC-OPF) für klassische Optimierungsprobleme und anschließend im Rahmen des Engpassmanagements untersucht. Dadurch lassen sich die Vorteile der Berücksichtigung von Spannungsstabilitätsindikatoren, insbesondere die Verbesserung der Stabilitätsmarge der optimierten Betriebspunkte bzw. die Gewährleistung eines sicheren Abstands zur Stabilitätsgrenze, aufzeigen.