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2020 | Buch

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Netzberechnung

Verfahren zur Berechnung elektrischer Energieversorgungsnetze

verfasst von: Dr. Karl Friedrich Schäfer

Verlag: Springer Fachmedien Wiesbaden

Enthalten in: Springer Professional "Wirtschaft+Technik" , Springer Professional "Technik"

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Über dieses Buch

Elektrische Energieversorgungsnetze sind wesentliche Bausteine bei der Umgestaltung der Energieversorgungssysteme im Rahmen der Energiewende. Dieses Buch beschreibt die spezifischen Modelle und Berechnungsmethoden für diese Netze.

Inhaltsverzeichnis

Frontmatter

Kapitel 1. Elektrische Energieversorgungsnetze

Zusammenfassung

Die sichere Versorgung mit elektrischer Energie ist für das reibungslose Funktionieren der meisten technischen Prozesse im öffentlichen, privaten und industriellen Bereich unverzichtbar. Die elektrische Energie wird eingesetzt, um Wärme und Licht zu erzeugen, Motoren anzutreiben und Informationen zu übermitteln. Die breite Nutzung dieser Energieform hat sich Ende des 19. Jahrhunderts durchgesetzt und die Gestalt der modernen Zivilisationen entscheidend geprägt. Unsere Lebensqualität ist vollkommen abhängig von elektrischer Energie. Bereits ein Stromausfall von nur wenigen Tagen hätte katastrophale Auswirkungen auf die Wirtschaft sowie die öffentliche Ordnung.

Karl Friedrich Schäfer

Kapitel 2. Berechnung elektrischer Energieversorgungsnetze

Zusammenfassung

Für die Bearbeitung von Aufgabenstellungen zum Verhalten elektrischer Energieversorgungsnetze muss zunächst ein für die jeweilige Anwendung geeignetes mathematisches Abbild des technischen Systems gefunden werden, mit dem die physikalischen Eigenschaften genügend genau nachgebildet werden.

Karl Friedrich Schäfer

Kapitel 3. Leistungsflussberechnung

Zusammenfassung

Die Kenntnis des Betriebszustandes eines elektrischen Energieübertragungssystems ist sowohl für den Betrieb als auch für die Planung eine zentrale Aufgabenstellung. Mit der Leistungsflussberechnung kann der quasistationäre Zustand eines elektrischen Energieübertragungsnetzes im symmetrischen, ungestörten Fall bestimmt werden. Hierbei werden zunächst die komplexen Spannungen an allen Netzknoten ermittelt.

Karl Friedrich Schäfer

Kapitel 4. Netzzustandserkennung

Zusammenfassung

Eine wesentliche Aufgabe der Netzüberwachung ist die Bestimmung des aktuellen Netzzustandes, der aus der Spannungs- und Leistungsflussverteilung im Netz abgeleitet wird. Hierzu werden Messwerte aus dem geografisch weit verteilten Energieversorgungssystem über Fernwirkeinrichtungen in die Netzleitstelle übertragen.

Karl Friedrich Schäfer

Kapitel 5. Berechnung von Fehlern in elektrischen Anlagen

Zusammenfassung

Die elektrische Energieversorgung ist gekennzeichnet durch eine hohe Zuverlässigkeit bei der Versorgung aller Kunden. Versorgungsunterbrechungen treten nur selten auf. Diese Tatsache bedeutet jedoch nicht, dass im Netz genauso selten Störungen auftreten. Schon bei der Planung eines elektrischen Energieversorgungssystems müssen alle möglichen Fehler und ihre Ursachen berücksichtigt werden.

Karl Friedrich Schäfer

Kapitel 6. Bestimmung der transienten Stabilität

Zusammenfassung

Neben den zuvor beschriebenen Kriterien für die Gewährleistung eines sicheren Netzbetriebes wie beispielsweise die Einhaltung von Spannungsgrenzen, maximal zulässigen Spannungsgrenzen und Kurzsschlussströmen ist die Bewertung der Stabilität eines Netzzustandes ein weiteres Kriterium von großer Bedeutung. Stabilität ist dabei die Fähigkeit des Elektrizitätsversorgungssystems, den Synchronbetrieb aller im System angeschlossenen Generatoren aufrecht zu erhalten.

Karl Friedrich Schäfer

Kapitel 7. Ersatzdarstellung nicht überwachter Nachbarnetze

Zusammenfassung

Die Höchstspannungsnetze in Europa werden vermascht betrieben und sind über Kuppelleitungen zu den jeweiligen Nachbarn europaweit zu großen Verbundnetzen zusammengeschaltet. Abb. 7.1 zeigt einen Teil dieser europäischen Verbundsysteme mit Ausschnitten des belgischen, des deutschen, des französischen, des luxemburgischen, des niederländischen und des schweizer Übertragungsnetzes. Auch auf den anderen Kontinenten werden ähnlich große Verbundsysteme frequenzsynchron betrieben.

Karl Friedrich Schäfer

Kapitel 8. Optimierung und Korrektur des Netzzustandes

Zusammenfassung

Nach der Anwendung der zuvor beschriebenen Verfahren und damit dem Erkennen und Beurteilen des momentanen Netzzustandes (Verfahren: State Estimation, Grenzwertvergleich) sowie der Beurteilung der momentanen Netzsicherheit (Verfahren: Netzsicherheitsanalyse durch Ausfallsimulationsrechnungen und Kurzschlusssimulationsrechnungen) kann das Netz im Falle des sicheren Normalzustandes mit geeigneten Methoden hinsichtlich Wirtschaftlichkeit und/oder Zuverlässigkeit weiter optimiert werden. Dieser Prozess wird mit Netzzustandsoptimierung (NZO) bezeichnet [1–7].

Karl Friedrich Schäfer

Kapitel 9. Bestimmung der Übertragungskapazität

Zusammenfassung

In einem Verbundsystem sind die einzelnen Übertragungsnetze mit grenzüberschreitenden Leitungen (Kuppelleitungen) mehr oder weniger stark miteinander verbunden. Ein Maß hierfür ist der Verbundgrad \( G_{\text{L}} \), der beschreibt, wie groß die Summe der Übertragungskapazitäten \( P_{\text{K}} \) der Kuppelleitungen eines Landes zu seinen Nachbarländern relativ zur Summe der im Inland installierten Erzeugungsleistungen \( P_{\text{E}} \) des jeweiligen Landes ist [9]. Tab. 9.1 zeigt, wie gut die Netze des europäischen Verbundsystems miteinander vernetzt sind.

Karl Friedrich Schäfer

Kapitel 10. Expertensysteme

Zusammenfassung

Bei Aufgabenstellungen, die sich nicht durch arithmetische oder genetische Algorithmen lösen lassen, sind unter bestimmten Voraussetzungen sogenannte Expertensysteme eine sinnvolle Lösungsmöglichkeit. Dabei handelt es sich um Computerprogramme, mit denen eine Problemlösungskompetenz auf bestimmten, meist eng abgegrenzten Fachgebieten zur Verfügung gestellt wird. Sie enthalten das Expertenwissen als Menge von formalisierten, maschinenverarbeitbaren Operationen.

Karl Friedrich Schäfer

Kapitel 11. Datenmodelle und Testnetze

Zusammenfassung

Für die Durchführung von Netzberechnungen ist neben den zuvor beschriebenen Berechnungsverfahren ein entsprechendes Datenmodell erforderlich, mit dem das zu untersuchende Netz abgebildet werden kann. Der dafür notwendige Modellierungsumfang, d. h. welche Elemente und Funktionen des Netzes mit welchem Detaillierungsgrad nachgebildet werden müssen, ist abhängig vom jeweiligen Berechnungsverfahren. Man könnte daher spezifisch für jede Berechnungsanforderung entsprechend zugeschnittene Datensätze vorhalten.

Karl Friedrich Schäfer

Kapitel 12. Netzberechnungsprogramme

Zusammenfassung

Die nachfolgende Auflistung zeigt eine Auswahl in der Praxis im Bereich Netzplanung eingesetzter Rechenprogramme.

Karl Friedrich Schäfer

Backmatter

Titel: Netzberechnung
verfasst von: Dr. Karl Friedrich Schäfer
Verlag: Springer Fachmedien Wiesbaden
Electronic ISBN: 978-3-658-26733-9
Print ISBN: 978-3-658-26732-2
DOI: https://doi.org/10.1007/978-3-658-26733-9