Erweiterung und Vergleich von Leistungsflusszerlegungsmethoden

Abstract

The European transmission grid is characterized by a highly meshed grid structure and a comprehensive network of several transmission system operators. These connections mean that power flows occurring in one market region also affect other regions due to line impedances and the load situation in the system. Furthermore, additional power flow control systems such as phase-shifting transformers and high-voltage direct current lines have been installed in recent years and will be installed on a larger scale in the future. Based on the operational concepts applied, these elements will lead to additional power flows that can have a burdening or relieving effect on the assets of the system. A classification of the various partial power flows defined by ENTSO-E is extended in this work and then used to map the effects of individual generator-load pairs and the power flow-controlling equipment in the grid in a uniform and systematic way. Due to the possible negative effects on the transmission capacities, the quality and quantity of the different flow types are determined in the work depending on the calculation method. It is necessary to compare the different algorithms, as each method is based on different mathematical descriptions of the flow types and uses different simplifications to separate the power flow. In this paper, Full Line Decomposition, Power Flow Coloring and Power Flow Decomposition are explained and compared. An important factor is the extension of the methods to recognize the influences of phase-shifting transformers and high-voltage direct current lines. Therefore, all three methods are extended so that the extended flow categories can be calculated with each method. The advantages and disadvantages of the individual methods are then worked out and a recommendation for the application of the algorithms is made.

Das europäische Übertragungsnetz ist durch eine stark vermaschte Netzstruktur und einen umfassenden Verbund mehrerer Übertragungsnetzbetreiber gekennzeichnet. Durch diese Verbindungen wirken sich auftretende Leistungsflüsse in einer Marktregion aufgrund der Leitungsimpedanzen und der Lastsituation im System auch auf andere Regionen aus. Darüber hinaus wurden in den letzten Jahren zusätzliche lastflusssteuernde Anlagen wie Phasenschiebertransformatoren und Hochspannungsgleichstromleitungen installiert und werden in Zukunft in größerem Umfang installiert werden. Basierend auf den angewandten Betriebskonzepten können diese Elemente zu zusätzlichen Leistungsflüssen führen, die eine belastende oder entlastende Wirkung auf verschiedene Teile des Systems haben können. Eine von der ENTSO-E definierte Klassifizierung der verschiedenen partiellen Leistungsflüsse wird in dieser Arbeit erweitert und dann genutzt, um die Effekte von einzelnen Generator-Last-Paaren und der leistungsflusssteuernden Betriebsmitteln im Netz einheitlich und systematisch abzubilden. Aufgrund der möglichen negativen Auswirkungen auf die Übertragungskapazitäten werden in der Arbeit Qualität und Quantität der verschiedenen Flussarten je nach Berechnungsmethode ermittelt. Es ist ein Vergleich der verschiedenen Algorithmen erforderlich, da jede Methode auf anderen mathematischen Beschreibungen der Flussarten basiert und unterschiedliche Vereinfachungen zur Trennung des Lastflusses verwendet. In dieser Arbeit werden dafür die Full Line Decomposition, das Power Flow Coloring und die Power Flow Decomposition erläutert und verglichen. Ein wichtiger Faktor ist die Erweiterung der Methoden um die Erkennung der Einflüsse von Phasenschiebertransformatoren und Hochspannungsgleichstromleitungen. Daher werden alle drei Methoden erweitert, sodass die erweiterten Flusskategorien mit jeder Methode errechnet werden können. Im Anschluss werden die Vor- und Nachteile der einzelnen Methoden herausgearbeitet und eine Empfehlung für die Anwendung der Algorithmen ausgesprochen.