Comparison of different redispatch optimization strategies

Abstract

In the recent years, line congestions in the electric transmission networks occur quite fre-quently due to the power grids were not originally designed for the current amount of energy and its strong fluctuation. Furthermore, the increasing utilization of renewable distributed energy sources, growth of the network complexity, reduction of the conven-tional power plant utilization, forecast errors and strong electricity market competition frequently bring the power grids to their transmission limits as well. Therefore, the risk of congestions has permanently increased, especially in central Europe. If a line congestion occurs in the electric network, the transmission system operator has to apply a suitable remedial action to overcome the problem as fast as possible, e.g by utilization of redispatch, which is very common in Germany. However, this measure can cause high costs for the transmission network operators. For this reason, the realization of an economically efficient and optimal redispatching has become very important issue in the power system operation. The main goal of this work is a consideration and development of various possibilities and methods for realization of a technically sound and cost-efficient redispatch in case of network congestions. Therefore, different numerical and metaheuristic optimization tech-niques are implemented, compared with respect to their complexity, efficiency, reliabil-ity, simulation time etc. and verified through a small test grid and simplified ENTSO-E network model. Furthermore, it is shown which technical and economic aspects of redispatching have a major influence on its realization and should always be taken into account or can be ne-glected while solving the redispatch optimization problem. Here, different approaches of the network sensitivity analysis are evaluated and compared as well. Finally, the transmission network operators can use the knowledge and results of this work to improve the current redispatch realization in their power grids, and thus to reduce the redispatch costs, which are especially high in Germany.

In den letzten Jahren hat die Häufigkeit des Auftretens von Engpässen in den elektrischen Übertragungsnetzen stark zugenommen, weil die Stromnetze ursprünglich für die aktu-elle Energiemenge und deren starke Schwankung nicht ausgelegt sind. Darüber hinaus bringen die weiter steigende Nutzung der erneuerbaren dezentralen Energiequellen, die zunehmende Netzkomplexität, die Abschaltung konventioneller Kraftwerke, Progno-sefehler und der starke Wettbewerb auf dem Strommarkt die elektrischen Netze immer öfter an ihre Übertragungsgrenzen. Daher ist die Gefahr von Engpässen permanent ge-stiegen, insbesondere in Mitteleuropa. Wenn ein Engpass im Stromnetz entstanden ist, sind die Übertragungsnetzbetreiber ver-pflichtet, eine geeignete Abhilfemaßnahme so schnell wie möglich anzuwenden, um ihn zu beseitigen, z. B. durch den deutschlandweit verbreiteten Redispatch. Allerdings kann diese Gegenmaßnahme hohe Kosten für die Übertragungsnetzbetreiber verursachen, die zum Schluss die Stromverbraucher zahlen müssen. Deswegen ist die Realisierung eines kosten- und technisch effizienten Redispatches ein sehr wichtiges Thema des Netzbe-triebs geworden. Daher ist das Hauptziel dieser Arbeit, unterschiedliche Möglichkeiten und Ansätze für eine kostengünstige Redispatchumsetzung bei Entstehung der Engpässe zu entwickeln. Dafür werden verschiedene numerische und metaheuristische Optimierungsmethoden hinsichtlich ihrer Komplexität, Effizienz, Verlässlichkeit, Detaillierung und Rechenzeit verglichen und durch ein kleines Netzmodell sowie durch ein vereinfachtes ENTSO-E-Netzmodell verifiziert. Schließlich werden die Übertragungsnetzbetreiber durch die Erkenntnisse in dieser Arbeit in die Lage versetzt, ihre Stromnetze effizienter zu betreiben, in dem der Redispatchpro-zess verbessert wird. Dabei werden die hohen Redispatchkosten, insbesondere in Deutschland, deutlich gesenkt.