DE102014214863A1 - Method for computer-aided control of power in an electric power grid - Google Patents
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Abstract
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur rechnergestützten Steuerung der Leistung in einem elektrischen Stromnetz, wobei das Stromnetz eine vorgegebene Nennfrequenz aufweist und eine Mehrzahl von über Stromleitungen (PL) miteinander verbundenen Netzknoten (N1, N2, ..., N5) enthält, wobei die Netzknoten (N1, N2, ..., N5) einen oder mehrere erste Netzknoten (N1, N4, N5) und einen oder mehrere zweite Netzknoten (N2) und einen oder mehrere dritte Netzknoten (N3) umfasst, wobei ein jeweiliger erster Netzknoten (N1, N4, N5) ein Generatorknoten ist, der Leistung im Stromnetz generiert sowie Primärregelleistung (PRL) und Sekundärregelleistung (SRL) bereitstellt, wobei ein jeweiliger zweiter Netzknoten (N2) ein Generatorknoten ist, der mittels regenerativer Energieerzeugung Leistung im Stromnetz generiert, und wobei ein jeweiliger dritter Netzknoten (N3) ein Lastknoten ist, der Leistung aus dem Stromnetz entnimmt (N3). In dem erfindungsgemäßen Verfahren wird basierend auf einem modellierten stationären Zustand des Stromnetzes eine Bedingung an die durch den oder die ersten Netzknoten (N1) erzeugten Sekundärregelleistungen (SRL) vor Ausfall zumindest eines Teils der zweiten Netzknoten (N2) vorgegeben, wobei sich bei Erfüllung der Bedingung im Falle des Ausfalls des zumindest eines Teils der zweiten Netzknoten (N2) ein stabiler Netzzustand einstellt. Dabei wird die Leistungserzeugung der zweiten Netzknoten (N2) begrenzt, wobei die Grenze der Leistungserzeugung durch die im Stromnetz verfügbaren Sekundärregelleistungen (SRL) der ersten Netzknoten (N1) derart festgelegt wird, dass die vorgegebene Bedingung erfüllt ist.The invention relates to a method for computer-aided control of the power in an electrical power network, wherein the power grid has a predetermined nominal frequency and a plurality of interconnected via power lines (PL) network nodes (N1, N2, ..., N5), wherein the network nodes (N1, N2, ..., N5) comprises one or more first network nodes (N1, N4, N5) and one or more second network nodes (N2) and one or more third network nodes (N3), wherein a respective first network node (N1 , N4, N5) is a generator node that generates power in the grid and provides primary control power (PRL) and secondary control power (SRL), wherein a respective second network node (N2) is a generator node that generates power in the power grid by means of regenerative power generation, and wherein a respective third network node (N3) is a load node that draws power from the power network (N3). In the method according to the invention, based on a modeled stationary state of the power network, a condition is predetermined to the secondary control power (SRL) generated by the first network node (s) before failure of at least a part of the second network node (N2), whereby upon fulfillment of the condition in the case of failure of at least part of the second network nodes (N2) sets a stable network state. In this case, the power generation of the second network node (N2) is limited, wherein the limit of the power generation by the secondary grid power (SRL) available in the power grid of the first network node (N1) is set such that the predetermined condition is met.
Description
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur rechnergestützten Steuerung der elektrischen Leistung in einem elektrischen Stromnetz sowie eine entsprechende Vorrichtung. Unter Leistung ist hier und im Folgenden Wirkleistung zu verstehen.The invention relates to a method for computer-aided control of the electrical power in an electrical power network and to a corresponding device. Performance is to be understood here and below as active power.
Ein elektrisches Stromnetz umfasst eine Vielzahl von über Stromleitungen miteinander verbundene Netzknoten, welche elektrische Leistung in das Stromnetz einspeisen bzw. elektrische Leistung aus dem Stromnetz entnehmen. Zum stabilen Betrieb eines Stromnetzes ist dabei ein schneller Ausgleich zwischen eingespeister elektrischer Leistung und entnommener elektrischer Leistung erforderlich.An electrical power network comprises a multiplicity of network nodes interconnected via power lines, which feed electrical power into the power grid or remove electrical power from the power grid. For stable operation of a power grid, a faster balance between the fed-in electrical power and the extracted electrical power is required.
In elektrischen Stromnetzen wird zum Ausgleich von Leistungsschwankungen sog. Primärregelleistung bzw. Sekundärregelleistung durch zumindest ein Teil der Netzknoten bereitgestellt. In Stromnetzen, bei denen Netzknoten elektrische Leistung zum Teil auch über regenerative Energieerzeugung generieren, kann dabei nicht garantiert werden, dass das Netz nach Ausfall von Netzknoten mit regenerativer Energieerzeugung weiterhin stabil ist. Hier und im Folgenden ist der Begriff des Ausfalls eines Netzknotens weit zu verstehen. Der Begriff des Ausfalls umfasst insbesondere auch eine Abschaltung im Sinne eines Betriebsmittelschutzes bei einem Fehler im Netz, ohne dass der Ausfall durch einen Defekt in dem abgeschalteten Netzknoten verursacht ist.In electric power grids, so-called primary control power or secondary control power is provided by at least part of the network nodes to compensate for power fluctuations. In power grids, where grid nodes generate electrical power partly also via regenerative power generation, it can not be guaranteed that the grid is still stable after failure of grid nodes with renewable energy. Here and in the following the term of the failure of a network node is to be understood far. The term of the failure includes in particular a shutdown in terms of equipment protection in case of a fault in the network, without the failure is caused by a defect in the disconnected network node.
Die Druckschrift [1] offenbart eine Einsatzplanung für große Energieübertragungsnetze unter der Berücksichtigung variabler Energieerzeugung aus Windparks. Die Einsatzplanung wird für verschiedene, unterschiedlich gewichtete Winderzeugungsszenarien optimiert, ohne dass die Effekte von Primärregelleistung und der Ausfall von Windparks betrachtet werden.The publication [1] discloses a mission planning for large power transmission networks taking into account variable power generation from wind farms. Resource planning is optimized for different, differently weighted wind production scenarios, without considering the effects of primary balancing and wind farm outages.
Aufgabe der Erfindung ist es, ein Verfahren zur rechnergestützten Steuerung der Leistung in einem elektrischen Stromnetz mit regenerativer Energieerzeugung zu schaffen, wobei bei Ausfall von regenerativen Energieerzeugern ein stabiler Netzzustand sichergestellt werden kann.The object of the invention is to provide a method for computer-aided control of the power in an electrical power grid with regenerative power generation, wherein in case of failure of regenerative power generators, a stable network state can be ensured.
Diese Aufgabe wird durch die unabhängigen Patentansprüche gelöst. Weiterbildungen der Erfindung sind in den abhängigen Ansprüchen definiert.This object is solved by the independent claims. Further developments of the invention are defined in the dependent claims.
Das erfindungsgemäße Verfahren dient zur rechnergestützten Steuerung der Leistung in einem elektrischen Stromnetz, wobei das Stromnetz eine vorgegebene Nennfrequenz des erzeugten Wechselstroms bzw. der erzeugten Wechselspannung aufweist (z. B. 50 Hz oder 60 Hz). Das Stromnetz enthält eine Mehrzahl von über Stromleitungen miteinander verbundenen Netzknoten, wobei die Netzknoten einen oder mehrere erste Netzknoten und einen oder mehrere zweite Netzknoten und einen oder mehrere dritte Netzknoten umfasst. Ein jeweiliger erster Netzknoten ist ein Generatorknoten, der Leistung im Stromnetz generiert sowie in an sich bekannter Weise Primärregelleistung und Sekundärregelleistung bereitstellt. Ein jeweiliger zweiter Netzknoten ist ein Generatorknoten, der mittels regenerativer Energieerzeugung Leistung im Stromnetz generiert. Solche Netzknoten eignen sich nicht zur Bereitstellung von Primärregelleistung bzw. Sekundärregelleistung. Ferner ist ein jeweiliger dritter Netzknoten ein Lastknoten, der Leistung aus dem Stromnetz entnimmt. Gegebenenfalls können Netzknoten in dem Stromnetz auch eine Kombination aus einem ersten und/oder zweiten und/oder dritten Netzknoten darstellen.The inventive method is used for computer-aided control of the power in an electrical power grid, wherein the power grid has a predetermined nominal frequency of the generated alternating current or the generated alternating voltage (eg., 50 Hz or 60 Hz). The power grid includes a plurality of network nodes interconnected via power lines, the network nodes comprising one or more first network nodes and one or more second network nodes and one or more third network nodes. A respective first network node is a generator node which generates power in the power grid and provides primary control power and secondary control power in a manner known per se. A respective second network node is a generator node which generates power in the power grid by means of regenerative energy generation. Such network nodes are not suitable for the provision of primary control power or secondary control power. Furthermore, a respective third network node is a load node that draws power from the power network. Optionally, network nodes in the power network may also represent a combination of a first and / or second and / or third network node.
Die obigen Begriffe der Primärregelleistung bzw. Sekundärregelleistung sowie die Begriffe der Primär- bzw. Sekundärregelung sind dem Fachmann geläufig. Die Primärregelleistung wird über eine sog. Proportionalregelung (englisch: Droop Control) in Abhängigkeit von der Abweichung der Frequenz im Stromnetz von der Nennfrequenz bereitgestellt. Dabei fließt ein entsprechender Proportionalitätsfaktor ein (auch als Droop Gain bezeichnet). Im Unterschied zur Primärregelung ist die Sekundärregelung nicht frequenzabhängig, sondern wird zum Ausgleich von Leistungsschwankungen über eine Leitstelle im Stromnetz durchgeführt.The above terms of the primary control power and the secondary control power as well as the terms of the primary and secondary control are familiar to those skilled in the art. The primary control power is provided by a so-called proportional control (Droop Control) as a function of the deviation of the frequency in the power grid from the nominal frequency. A corresponding proportionality factor flows in (also referred to as droop gain). In contrast to the primary control, the secondary control is not frequency-dependent, but is performed to compensate for power fluctuations via a control center in the power grid.
Im erfindungsgemäßen Verfahren wird in einem Schritt a) ein stationärer Zustand des Stromnetzes, bei dem sich eine konstante Frequenz im Stromnetz mittels der Primärregelleistungen des oder der ersten Netzknoten einstellt, nach Ausfall zumindest eines Teils der zweiten Netzknoten modelliert. Basierend auf diesem stationären Zustand des Stromnetzes wird in Schritt b) eine Bedingung an die durch den oder die ersten Netzknoten erzeugten Sekundärregelleistungen, insbesondere bei Zunahme der von dem oder den zweiten Netzknoten erzeugten Leistung, vor Ausfall des zumindest einen Teils der zweiten Netzknoten vorgegeben. Die Sekundärregelleistung ist in diesem Sinne eine negative Leistung, welche die Abnahme der erzeugten Leistung der ersten Netzknoten bei Zunahme der Leistungserzeugung der zweiten Netzknoten beschreibt.In the method according to the invention, in a step a), a stationary state of the power network, in which a constant frequency in the power network is established by means of the primary control power of the first network node (s), is modeled after failure of at least part of the second network node. Based on this stationary state of the power network, in step b), a condition is predetermined to the secondary control powers generated by the first network node or nodes, in particular when the power generated by the second network node or nodes increases, before the at least part of the second network node fails. The secondary control power is in this sense a negative power which describes the decrease of the generated power of the first network nodes as the power generation of the second network nodes increases.
Bei Erfüllung der vorgegebenen Bedingung liegt im Falle des Ausfalls des zumindest einen Teils der zweiten Netzknoten die betragsmäßige Abweichung der Frequenz im Stromnetz von der Nennfrequenz unter einem ersten Schwellwert. Alternativ oder zusätzlich liegt im Falle des Ausfalls des zumindest einen Teils der zweiten Netzknoten zumindest eine betragsmäßige Phasendifferenz, die zwischen den Spannungen von zwei über eine oder mehrere Stromleitungen verbundenen Netzknoten im Stromnetz auftritt, unter dem zweiten Schwellwert. Mit anderen Worten wird die Bedingung derart vorgegeben, dass auch nach Ausfall von zweiten Netzknoten ein stabiler Netzzustand vorliegt. Ggf. können mehrere unterschiedliche zweite Schwellwerte für die jeweiligen betragsmäßigen Phasendifferenzen vorgegeben sein. In einer bevorzugten Ausführungsform ist die oben definierte zumindest eine betragsmäßige Phasendifferenz die maximale betragsmäßige Phasendifferenz aus allen Phasendifferenzen, die zwischen den Spannungen von zwei über eine Stromleitung (direkt) verbundenen Netzknoten im Stromnetz auftreten. In diesem Fall gibt es nur einen einzigen zweiten Schwellwert. If the predetermined condition is met, in the case of the failure of the at least one part of the second network node, the absolute deviation of the frequency in the power network from the nominal frequency is below a first threshold value. Alternatively or additionally, in the event of failure of the at least one part of the second network nodes, at least one magnitude phase difference, which occurs between the voltages of two network nodes connected via one or more power lines in the power network, is below the second threshold value. In other words, the condition is predetermined such that even after failure of the second network node, a stable network state is present. Possibly. a plurality of different second threshold values for the respective magnitude phase differences can be predetermined. In a preferred embodiment, the at least one magnitude phase difference defined above is the maximum magnitude phase difference from all the phase differences that occur between the voltages of two network nodes (directly) connected via a power line in the power grid. In this case, there is only a single second threshold.
Schließlich wird in einem Schritt c) des erfindungsgemäßen Verfahrens die Leistungserzeugung des oder der zweiten Netzknoten im Stromnetz begrenzt, wobei die Grenze der Leistungserzeugung durch die im Stromnetz verfügbaren Sekundärregelleistungen des oder der ersten Netzknoten (d. h. die Reserve an Sekundärregelleistungen) derart festgelegt wird, dass die obige vorgegebene Bedingung erfüllt ist.Finally, in a step c) of the method according to the invention, the power generation of the second network node (s) is limited in the power grid, the limit of power generation being determined by the secondary control power of the first network node or nodes (ie the reserve of secondary control power) available in the power grid such that the power generation above given condition is met.
Das erfindungsgemäße Verfahren schafft eine geeignete Prädiktion des Netzzustands nach dem Ausfall von Netzknoten mit regenerativer Energieerzeugung. Basierend darauf wird eine Bedingung an die Sekundärregelleistungen vorgegeben. Durch geeignete Festlegung der Reserven der Sekundärregelleistungen kann hierdurch ein stabiler Betrieb des Stromnetzes auch bei Ausfall von regenerativen Erzeugern sichergestellt werden.The inventive method provides a suitable prediction of the network state after the failure of nodes with regenerative power generation. Based on this, a condition is imposed on the secondary control power. By suitable definition of the reserves of the secondary control power can be ensured by a stable operation of the power grid even in case of failure of regenerative generators.
Der stationäre Zustand des Stromnetzes kann je nach Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens verschieden modelliert werden. In einer besonders bevorzugten Ausführungsform wird der stationäre Zustand basierend auf Lastflussgleichungen für die in den jeweiligen Netzknoten auftretenden Wirkleistungen modelliert. Nichtsdestotrotz kann der stationäre Zustand des Stromnetzes ggf. auch über ein dynamisches physikalisches Modell modelliert werden, wie es z. B. in dem Dokument [2] beschrieben ist.The stationary state of the power network can be modeled differently depending on the embodiment of the method according to the invention. In a particularly preferred embodiment, the stationary state is modeled based on load flow equations for the active powers occurring in the respective network nodes. Nevertheless, the stationary state of the power network can possibly also be modeled via a dynamic physical model, as described, for example, in US Pat. As described in document [2].
Bei der Verwendung von Lastflussgleichungen wird in einer besonders bevorzugten Ausführungsform die Bedingung berücksichtigt, dass der ohmsche Widerstand auf den Stromleitungen zwischen benachbarten Netzknoten im Stromnetz vernachlässigbar klein gegenüber dem Blindwiderstand auf den Stromleitungen zwischen benachbarten Netzknoten ist. Hierdurch wird die Modellierung des stationären Zustands vereinfacht und die Berechnungen im erfindungsgemäßen Verfahren können schneller durchgeführt werden.When using load flow equations, the condition is taken into account in a particularly preferred embodiment that the ohmic resistance on the power lines between adjacent network nodes in the power grid is negligibly small compared to the reactance on the power lines between adjacent network nodes. This simplifies the modeling of the stationary state and the calculations in the method according to the invention can be carried out more quickly.
In einer bevorzugten Ausführungsform lautet die Lastflussgleichung für einen jeweiligen Netzknoten i wie folgt: wobei Pi die am Netzknoten i erzeugte Wirkleistung ist;
wobei θi bzw. θj die Phase der Spannung im jeweiligen Netzknoten i bzw. j ist;
wobei Ni die Menge der zu einem jeweiligen Netzknoten i benachbarten Netzknoten repräsentiert;
wobei ui bzw. uj die Effektivwerte der Spannungen in den jeweiligen Netzknoten i bzw. j sind;
wobei rij der ohmsche Widerstand und xij der Blindwiderstand der Stromleitung zwischen Netzknoten i und j ist.In a preferred embodiment, the load flow equation for a respective network node i is as follows: where P i is the active power generated at the network node i;
where θ i or θ j is the phase of the voltage in the respective network node i or j;
where N i represents the set of network nodes adjacent to a respective network node i;
where u i and u j are the rms values of the voltages in the respective network nodes i and j, respectively;
where r ij is the ohmic resistance and x ij is the reactance of the power line between network nodes i and j.
In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform ist die vorgegebene Bedingung als ein Satz von Ungleichungen formuliert. Diese Ungleichungen sind linear in Bezug auf die Sekundärregelleistungen. Die vorgegebene Bedingung ist somit erfüllt, wenn die Sekundärregelleistungen die Ungleichheitsrelationen in dem Satz von Ungleichungen erfüllen. Mit dieser Variante wird eine einfache Formulierung der vorgegebenen Bedingung und damit eine schnelle rechnergestützte Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens sichergestellt.In a further preferred embodiment, the predetermined condition is formulated as a set of inequalities. These inequalities are linear with respect to the secondary control powers. The predetermined condition is thus satisfied when the secondary control powers satisfy the inequality relations in the set of inequalities. With this variant, a simple formulation of the predetermined condition and thus a fast computer-aided implementation of the method according to the invention is ensured.
In einer bevorzugten Ausgestaltung lautet der Satz von Ungleichungen wie folgt:
wobei ΔP ein Vektor ist, der einen Eintrag für jeden Netzknoten des Stromnetzes enthält, wobei der Eintrag für einen jeweiligen ersten Netzknoten die von dem jeweiligen ersten Netzknoten bereitgestellte Sekundärregelleistung ist und wobei der Eintrag für einen jeweiligen zweiten und dritten Netzknoten Null ist;
wobei P0 ein Vektor ist, der einen Eintrag für jeden Netzknoten des Stromnetzes enthält, wobei der Eintrag für einen jeweiligen ersten und zweiten Netzknoten der in diesem Netzknoten bei Nennfrequenz erzeugten Leistung entspricht und wobei der Eintrag für einen jeweiligen dritten Netzknoten der von diesem Netzknoten entnommenen Leistung (mit negativem Vorzeigen) entspricht;
wobei ΔPW ein Vektor ist, der einen Eintrag für jeden Netzknoten des Stromnetzes enthält, wobei der Eintrag für einen jeweiligen zweiten Netzknoten kleiner als der zugehörige Eintrag des Vektors P0 ist, falls der jeweilige zweite Netzknoten nicht ausgefallen ist, und bei Ausfall des jeweiligen zweiten Netzknotens der zum aktuellen Zeitpunkt im jeweiligen zweiten Netzknoten erzeugten Leistung entspricht, d. h. ΔPW,i = P0,i, und wobei der Eintrag für einen jeweiligen ersten und dritten Netzknoten Null ist;
wobei kP ein Vektor ist, der einen Eintrag für jeden Netzknoten des Stromnetzes enthält, wobei der Eintrag für einen jeweiligen ersten Netzknoten einem Proportionalitätsfaktor entspricht, über den die von dem jeweiligen ersten Netzknoten bereitgestellte Primärregelleistung beeinflusst wird, und der Eintrag für alle anderen Netzknoten Null;
wobei B eine Inzidenzmatrix mit einer der Anzahl an Netzknoten im Stromnetz entsprechenden Anzahl an Zeilen und einer der Anzahl an Stromleitungen im Stromnetz entsprechenden Anzahl an Spalten ist, wobei jede Stromleitung durch eine gerichtete Kante repräsentiert wird, welche von einem Netzknoten startet und an einem Netzknoten endet;
wobei gilt wobei L✝ die Pseudoinverse der Laplace-Matrix L = BKBT ist;
wobei K eine Diagonalmatrix ist, welche auf der Diagonalen einen Eintrag für jede, eine Stromleitung repräsentierende gerichtete Kante enthält, wobei der Eintrag für eine Kante, welche bei einem Netzknoten i startet und bei einem Netzknoten j endet, wie folgt lautet:wobei ui bzw. uj die Effektivwerte der Spannungen in den jeweiligen Netzknoten i bzw. j sind;
wobei xij der Blindwiderstand der Stromleitung ist, welche am Netzknoten i startet und am Netzknoten j endet;
wobei Δfmax der erste Schwellwert ist;
wobei γ der zweite Schwellwert ist, der die maximale betragsmäßige Phasendifferenz aus allen Phasendifferenzen repräsentiert, die zwischen den Spannungen von zwei über eine Stromleitung verbundenen Netzknoten im Stromnetz auftreten.In a preferred embodiment, the set of inequalities is as follows:
wherein ΔP is a vector containing an entry for each network node of the power network, the entry for a respective first network node being the secondary control power provided by the respective first network node, and wherein the entry for a respective second and third network node is zero;
where P 0 is a vector containing an entry for each network node of the power network, the entry for each respective first and second network node corresponding to the power generated in this network node at rated frequency, and wherein the entry for a respective third network node is that taken from that network node Performance (with negative showing) corresponds
where ΔP W is a vector containing an entry for each network node of the power network, the entry for a respective second network node being smaller than the associated entry of the vector P 0 if the respective second network node has not failed, and if the respective one fails second network node corresponding to the power generated at the current time in the respective second network node, ie ΔP W, i = P 0, i , and wherein the entry for a respective first and third network node is zero;
where k P is a vector containing an entry for each network node of the power network, the entry for a respective first network node corresponding to a proportionality factor over which the primary control power provided by the respective first network node is affected, and the entry for all other network nodes being zero ;
where B is an incidence matrix having a number of rows corresponding to the number of network nodes in the power network and a number of columns corresponding to the number of power lines in the power network, each power line being represented by a directed edge starting from a network node and terminating at a network node ;
where is true where L ✝ is the pseudoinverse of the Laplace matrix L = BKB T ;
where K is a diagonal matrix containing on the diagonal an entry for each directed edge representing a power line, the entry for an edge starting at a network node i and terminating at a network node j is as follows: where u i and u j are the rms values of the voltages in the respective network nodes i and j, respectively;
where x ij is the reactance of the power line starting at node i and terminating at node j;
where Δf max is the first threshold value;
where γ is the second threshold value representing the maximum magnitude phase difference from all phase differences that occur between the voltages of two network nodes connected via a power line in the power grid.
Der im Vorangegangenen definierte aktuelle Zeitpunkt ist der Zeitpunkt der aktuell gerade durchgeführten erfindungsgemäßen Steuerung mit den damit verbundenen Berechnungen. In den obigen Formeln und auch im Folgenden bezeichnet der hochgestellte Buchstabe „T” in an sich bekannter Weise die Transponierte einer Matrix.The current time defined above is the time of the currently executed control according to the invention with the associated calculations. In the above formulas and also in the following, the superscript letter "T" denotes the transpose of a matrix in a manner known per se.
In einer Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens sind die Anteile der in den jeweiligen Netzknoten bereitgestellten Sekundärregelleistungen an der gesamten bereitgestellten Sekundärregelleistung vorgegeben, wobei in Schritt c) ein zulässiger, die vorgegebene Bedingung erfüllender Faktor ermittelt wird, aus dem sich durch Multiplikation mit dem Anteil eines jeweiligen ersten Netzknotens die im Stromnetz verfügbare Sekundärregelleistung des jeweiligen ersten Netzknotens ergibt.In one embodiment of the method according to the invention, the proportions of the secondary control powers provided in the respective network nodes are predefined on the total secondary control power provided, wherein in step c) a permissible factor fulfilling the predetermined condition is determined by multiplying by the proportion of a respective first Network node results in the available secondary power of the respective first network node in the power grid.
In einer weiteren Variante wird in Schritt c) separat für jeden ersten Netzknoten unter der Annahme, dass die anderen ersten Netzknoten keine Sekundärregelleistung bereitstellen, nach zulässigen, die vorgegebene Bedingung erfüllenden Werten für die Sekundärregelleistungen des jeweiligen ersten Netzknotens gesucht, wodurch eine Menge von Vektoren aus zulässigen Sekundärregelleistungen aller erster Netzknoten bestimmt wird. Die im Stromnetz verfügbaren Sekundärregelleistungen werden dann durch Auswahl eines Vektors aus der konvexen Hülle der Menge von Vektoren und des Nullvektors festgelegt.In a further variant, in step c), separately for each first network node, assuming that the other first network nodes do not provide secondary control power, the system searches for permissible values for the secondary control power of the respective first network node that satisfy the predetermined condition, thereby producing a set of vectors permissible secondary control power of all first network nodes is determined. The secondary control powers available in the power grid are then set by selecting a vector from the convex hull of the set of vectors and the zero vector.
In einer weiteren Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens werden in Schritt c) die im Stromnetz verfügbaren Sekundärregelleistungen basierend auf der Maximierung des Betrags der Summe der Sekundärregelleistungen aller erster Netzknoten unter der vorgegebenen Bedingung aus Schritt b) als Nebenbedingung bestimmt. Die Maximierung kann mit an sich bekannten Verfahren zur Lösung linearer Optimierungsprobleme, wie z. B. dem Simplex-Verfahren bzw. dem Innere-Punkte-Verfahren, gelöst werden.In a further refinement of the method according to the invention, in step c) the secondary control powers available in the power grid are determined based on the maximization of the sum of the secondary control outputs of all the first network nodes under the predetermined condition from step b) as a secondary condition. The maximization can be done with known methods for solving linear optimization problems, such. As the simplex method or the inside-points method, are solved.
Die im Stromnetz vorhandenen ersten Netzknoten sind in der Regel konventionelle Generatorknoten, wie z. B. fossile Kraftwerke bzw. Atomkraftwerke. Bei den zweiten Netzknoten handelt es sich vorzugsweise um eine oder mehrere Windkraftanlagen (z. B. Windparks) und/oder eine oder mehrere Photovoltaikanlagen.The existing in the power grid first network nodes are usually conventional generator nodes, such. B. fossil power plants or nuclear power plants. The second network nodes are preferably one or more wind turbines (eg wind farms) and / or one or more photovoltaic systems.
Neben dem oben beschriebenen Verfahren betrifft die Erfindung ferner eine Vorrichtung zur rechnergestützten Steuerung der Leistung in einem elektrischen Stromnetz, wobei die Vorrichtung ein oder mehrere Mittel zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens bzw. einer oder mehrerer Varianten des erfindungsgemäßen Verfahrens aufweist.In addition to the method described above, the invention further relates to a device for computer-aided control of the power in an electrical power network, wherein the device comprises one or more means for carrying out the method according to the invention or one or more variants of the method according to the invention.
Die Erfindung betrifft darüber hinaus ein elektrisches Stromnetz, welches die oben beschriebene erfindungsgemäße Vorrichtung zur Steuerung der in dem Stromnetz erzeugten Leistung umfasst.The invention further relates to an electric power network comprising the above-described device according to the invention for controlling the power generated in the power grid.
Ausführungsbeispiele der Erfindung werden nachfolgend anhand der beigefügten Figuren detailliert beschrieben.Embodiments of the invention are described below in detail with reference to the accompanying drawings.
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Als weitere Quellen enthält das Stromnetz der
In der Ausführungsform der
Das erfindungsgemäße Verfahren hat zum Ziel, einen stabilen Netzzustand bei einem Ausfall von regenerativen Energieerzeugungsanlagen im Stromnetz zu garantieren. Dies erfolgt über eine geeignete Modellierung des stationären Netzzustands nach Ausfall der Energieerzeugungsanlagen und eine darauf basierende Einstellung der Sekundärregelleistungsreserve, so dass nach Ausfall der Netzknoten und unter Berücksichtigung der Primärregelleistung Netzstabilität sichergestellt ist. Diese Zielsetzung wird in dem Diagramm der
Entlang der Abszisse der
Gemäß
Zur Modellierung bzw. Prädiktion des stationären Zustands des Netzes nach dem Zeitpunkt t1 (d. h. nach Ausfall zumindest eines Teils der regenerativen Energieerzeugungsanlagen) werden in der hier beschriebenen Ausführungsform Lastflussgleichungen für die in den jeweiligen Netzknoten auftretenden Leistungen verwendet. Diese Lastflussgleichungen werden im Folgenden erläutert. Gegebenenfalls besteht auch die Möglichkeit, dass der stationäre Zustand auf andere Weise modelliert wird, wie z. B. unter Verwendung eines dynamischen physikalischen Modells (siehe Druckschrift [2]).For modeling or prediction of the stationary state of the network after time t1 (i.e., after failure of at least part of the regenerative power generation plants), in the embodiment described here, load flow equations are used for the powers occurring in the respective network nodes. These load flow equations are explained below. Optionally, there is also the possibility that the stationary state is modeled in other ways, such. Using a dynamic physical model (see reference [2]).
Man geht davon aus, dass die Stromleitung zwischen zwei benachbarten Netzknoten i und j im Stromnetz durch die serielle komplexwertige Impedanz zij = rij + jmxij und die Shunt-Kapazität
Wie an sich bekannt, ist die Scheinleistung Sij, die von dem Knoten i zu dem Knoten j fließt, wie folgt gegeben:
Pij bezeichnet dabei die Wirkleistung, die vom Knoten i zum Knoten j fließt. Analog entspricht Qij der Blindleistung, die vom Knoten i zum Knoten j fließt. i
Dies führt zu den Wechselstrom-Lastflussgleichungen für das Stromnetz aus N Knoten: This leads to the AC load flow equations for the grid of N nodes:
Dabei wird über alle Knoten j summiert, die benachbart zum Knoten i sind. Si bezeichnet die am Knoten i generierte Scheinleistung, Pi die am Knoten i generierte Wirkleistung und Qi die am Knoten i generierte Blindleistung. Verbrauchte Wirk- und Blindleistungen werden durch negative Pi und Qi modelliert.It is summed over all nodes j, which are adjacent to the node i. S i denotes the apparent power generated at node i, P i the active power generated at node i and Q i the reactive power generated at node i. Spent active and reactive power are modeled by negative P i and Q i .
Es wird ferner angenommen, dass der Wirkwiderstand zwischen den Knoten i und j vernachlässigbar klein gegenüber der Reaktanz zwischen den Knoten i und j ist, d. h. rij << xij. Dies bedeutet, dass die ohmschen Verluste auf den Stromleitungen vernachlässigt werden können. Mittels dieser Annahme ergibt sich folgende vereinfachte Formel für die Wirkleistung Pi: It is further assumed that the effective resistance between the nodes i and j is negligibly small compared to the reactance between the nodes i and j, ie r ij << x ij . This means that the ohmic Losses on the power lines can be neglected. By means of this assumption, the following simplified formula for the active power P i results:
Die obige Gleichung (4a) fließt in die Modellierung des stationären Netzzustands ein, wie weiter unten näher erläutert wird.The above equation (4a) flows into the modeling of the stationary network state, as will be explained in more detail below.
Die Primärregelung in einem jeweiligen Generatorknoten G ist in an sich bekannter Weise über eine Proportionalregelung (englisch: Droop Control) realisiert, welche von der Abweichung der Frequenz f im Stromnetz von der Nennfrequenz ftar abhängt. Die Proportionalregelung lautet wie folgt:
Dabei bezeichnet P0 ,i > 0 die nominale Wirkleistung eines Generators i. Im Folgenden werden dabei zur Vereinfachung Generatorknoten G, welche Primär- und Sekundärregelleistungen bereitstellen, einfach als Generatoren bezeichnet. Demgegenüber werden regenerative Energieerzeugungsanlagen als regenerative Erzeuger bezeichnet.In this case, P 0 , i > 0 denotes the nominal active power of a generator i. Hereinafter, generator nodes G, which provide primary and secondary control power, are simply referred to as generators for the sake of simplicity. In contrast, regenerative power plants are referred to as regenerative generators.
In der obigen Proportionalregelung nach Gleichung (6) fließt ein Proportionalitätsfaktor kP,i > 0 ein, der auch als ”Droop Gain” bzw. ”Gain” bezeichnet wird. In der Gleichung (6) ist ferner eine zusätzliche Leistungsmenge ΔPi angegeben, welche eine Änderung der Leistungserzeugung des Generators aufgrund der Sekundärregelung darstellt. In der Summe über alle Generatoren ist diese Änderung negativ und wird durch eine Zunahme der Leistungserzeugung durch die regenerativen Erzeuger verursacht. Allerdings können in bestimmten Konstellationen einzelne Generatoren positive Werte für ΔPi aufweisen, solange andere Generatoren negative Werte aufweisen und die Summe über alle ΔPi negativ ist.In the above proportional control according to equation (6), a proportionality factor k P, i > 0 flows in, which is also referred to as "droop gain" or "gain". In the equation (6), there is further indicated an additional power amount ΔP i representing a change in power generation of the generator due to the secondary control. In sum over all generators, this change is negative and is caused by an increase in power generation by the regenerative generators. However, in certain constellations, individual generators may have positive values for ΔP i as long as other generators have negative values and the sum over all ΔP i is negative.
Regenerative Erzeuger werden durch ihre nominale Leistungseinspeisung und einen zusätzlichen Term für den Ausfall der Leistungserzeugung wie folgt modelliert:
Dabei bezeichnet P0,i > 0 die nominale Leistungseinspeisung des regenerativen Erzeugers. Im Folgenden gilt ΔPW,i = P0,i für diejenigen regenerativen Erzeuger, welche im betrachteten Szenario z. B. aufgrund eines Kurzschlusses ausfallen. Demgegenüber gilt ΔPW,i < P0,i für alle anderen (nicht ausgefallenen) regenerativen Erzeuger. Insbesondere kann für diese Erzeuger Pi > P0,i gelten.Here P 0, i > 0 denotes the nominal power feed of the regenerative generator. In the following applies ΔP W, i = P 0, i for those regenerative generators, which in the considered scenario z. B. fail due to a short circuit. In contrast, ΔP W, i <P 0, i for all other (not failed) regenerative generators. In particular, P i > P 0, i can apply to these generators.
Die Lasten werden in dem Stromnetz durch ihren nominalen Leistungsverbrauch wie folgt modelliert:
Allgemein wird die Wirkleistung der verschiedenen Arten von Netzknoten im Stromnetz durch Zusammenfassung der Gleichungen (6), (7) und (8) wie folgt modelliert:
Dabei gilt:
- – P0,i < 0, ΔPi = 0, ΔPW,i = 0, kP,i = 0, falls der Knoten i ein Lastknoten ist,
- – P0,i > 0, ΔPi ≤ 0, ΔPW,i = 0, kP,i ≥ 0, falls der Knoten i ein Generator ist, und
- – P0,i > 0, ΔPi = 0, ΔPW,i ≤ P0,i, kP,i = 0, falls der Knoten i ein regenerativer Erzeuger ist. Dabei existiert zumindest ein ausgefallener regenerativer Erzeuger, für den ΔPW,i = P0,i gilt. Je nach Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens können die Werte von ΔPW,i vollständig oder auch nur unvollständig bekannt sein.
- – Bei gemischten Last- und Erzeugerknoten können insbesondere die Werte von P0,i außerhalb dieser Schranken liegen. Zur Vereinfachung werden im Folgenden keine gemischten Last- und Erzeugerknoten betrachtet, die Ergebnisse können aber ohne weiteres auf diese Knoten erweitert werden.
- P 0, i <0, ΔP i = 0, ΔP W, i = 0, k P, i = 0 if the node i is a load node,
- P 0, i > 0, ΔP i ≤ 0, ΔP W, i = 0, k P, i ≥ 0 if the node i is a generator, and
- -P 0, i > 0, ΔP i = 0, ΔP W, i≤P 0, i , k P, i = 0 if the node i is a regenerative generator. At least one failed regenerative generator exists, for which ΔP W, i = P 0, i . Depending on the embodiment of the method according to the invention, the values of ΔP W, i may be completely or even incompletely known.
- In the case of mixed load and generator nodes, the values of P 0, i in particular can be outside these limits. For the sake of simplicity, no mixed load and generator nodes will be considered below, but the results can easily be extended to these nodes.
Die hier betrachtete Modellierung des stationären Zustands des Stromnetzes beruht auf der Annahme, dass die Stromleitungen verlustlos sind, so dass ΣiPi = 0 gilt. Indem Pi aus obiger Gleichung (9) in diese Bedingung eingesetzt wird, kann die Abweichung Δf der Frequenz im Stromnetz von der Nennfrequenz nach Ausfall entsprechender regenerativer Erzeuger wie folgt beschrieben werden: The stationary state modeling of the power network considered here is based on the assumption that the power lines are lossless, so that Σ i P i = 0. By inserting P i from the above equation (9) into this condition, the deviation Δf of the frequency in the power grid from the rated frequency after failure of corresponding regenerative generators can be described as follows:
In dieser Gleichung (10) wurden dick gedruckte Symbole eingeführt, welche Vektoren aus den entsprechenden Einträgen für jeden der N Netzknoten bezeichnen. Insbesondere gilt k
Es wird im weiteren angenommen, dass in der Ausgangssituation zum Zeitpunkt t0 das Stromnetz Nennfrequenz aufweist (d. h. f = ftar), so dass 1TP0 = 0 gilt. Analoge Ergebnisse können auch ohne diese Annahme erzielt werden. Hieraus ergibt sich folgende Beziehung für die Frequenzabweichung im stationären Zustand nach Ausfall von regenerativen Erzeugern: It is further assumed that in the initial situation at the time t0 the power grid has rated frequency (ie f = f tar ), so that 1 T P 0 = 0 applies. Analogous results can also be achieved without this assumption. This results in the following relationship for the steady state frequency deviation after failure of regenerative generators:
Wie man aus Gleichung (11) erkennt, hängt die Frequenzabweichung nur von der vor dem Ausfall eingesetzten Sekundärregelleistung ΔP (die der Änderung der regenerativen Erzeugung vor dem Ausfall entspricht) und der Änderung der Leistung ΔPW nach dem Ausfall von regenerativen Erzeugern ab.As can be seen from equation (11), the frequency deviation depends only on the secondary control power ΔP (which corresponds to the change of the regenerative generation before the failure) and the change of the power ΔP W after the failure of regenerative generators.
Im Folgenden wird die sog. Inzidenzmatrix des Graphen eingeführt, der durch die Kopplungsmatrix gegeben ist. Die Größen der Kopplungsmatrix entsprechen den Größen aus den obigen Lastflussgleichungen. Die Inzidenzmatrix lautet wie folgt: In the following, the so-called incidence matrix of the graph introduced by the coupling matrix given is. The sizes of the coupling matrix correspond to the quantities from the above load flow equations. The incidence matrix is as follows:
Es handelt sich um eine spärlich besetzte Matrix, welche nur die Einträge 1 und –1 in jeder Spalte α für diejenigen Zeilen enthält, welche Netzknoten entsprechen, die über eine Stromleitung α verbunden sind. Die Stromleitungen werden dabei als gerichtete Kanten α zwischen darüber direkt verbundene Netzknoten repräsentiert. Die Richtung der entsprechenden Stromleitung kann beliebig gewählt sein.It is a sparsely populated matrix containing only the entries 1 and -1 in each column α for those rows corresponding to network nodes connected via a power line α. The power lines are represented as directed edges α between directly connected network nodes. The direction of the corresponding power line can be chosen arbitrarily.
Mit der Inzidenzmatrix aus Gleichung (12) kann die Gleichung (4a) wie folgt geschrieben werden: With the incidence matrix of equation (12), equation (4a) can be written as follows:
Dabei repräsentiert NE die Anzahl von Kanten bzw. Stromleitungen im betrachteten Stromnetz. In Kurznotation und unter Verwendung der Gleichung (9) ergibt sich folgende Bedingung an den stationären Zustand des Netzes zum Zeitpunkt t1 nach Ausfall regenerativer Erzeuger: N E represents the number of edges or power lines in the considered power grid. In short notation and using equation (9), the following condition results for the stationary state of the network at time t1 after failure of regenerative generators:
Dabei bezeichnet K eine Diagonalmatrix mit Einträgen Kα für jede Kante, d. h. mit dem entsprechenden Wert Kij der Kopplungsmatrix, wobei i und j der Anfangsknoten bzw. Endknoten der betrachteten Kante sind.Here, K denotes a diagonal matrix with entries K α for each edge, ie with the corresponding value K ij of the coupling matrix, where i and j are the starting node or end node of the considered edge.
Nunmehr lässt sich die Problemstellung der Erfindung wie folgt formulieren: Es wird ein Stromnetz mit einer Leistungserzeugung P0 und einer Anzahl von regenerativen Erzeugern angenommen, die schließlich ausfallen. Diese regenerativen Erzeuger sind die Elemente des Vektors ΔPW, die den zugehörigen Elementen des Vektors P0 entsprechen, d. h. P0,i = ΔPW,i. Die übrigen Elemente von ΔPW, die ungleich Null sind, beschreiben regenerative Erzeuger, die nicht ausfallen und zum Zeitpunkt t1 mehr oder weniger Leistung erzeugen als zum Zeitpunkt t0. Was ist nunmehr die maximale Leistungszunahme aller regenerativen Erzeuger vor dem Zeitpunkt t1 (was der Sekundärregelleistung bzw. Kompensation 1TΔP der Generatoren entspricht), so dass die Frequenzabweichung |Δf| im Stromnetz und die Phasendifferenzen |BTθ| der Spannungen der Netzknoten durch die Schwellwerte Δfmax bzw. γ begrenzt wird? Es wird dabei die maximale betragsmäßige Phasendifferenz aus allen Phasendifferenzen betrachtet, die zwischen den Spannungen von zwei über eine Stromleitung verbundenen Netzknoten im Stromnetz auftreten. Ggf. können auch für jede Stromleitung separate Schwellwerte für die Phasendifferenzen betrachtet werden. In diesem Fall würden die Ausdrücke ”sin(γ)1” in der nachfolgenden Gleichung (17) durch separate Einträge für jede Stromleitung ersetzt werden, wobei jeder separate Eintrag der Sinus eines separaten Schwellwerts für die jeweilige Stromleitung ist. Now, the problem of the invention can be formulated as follows: It is assumed that a power grid with a power generation P 0 and a number of regenerative generators, which eventually fail. These regenerative generators are the elements of the vector ΔP W which correspond to the associated elements of the vector P 0 , ie P 0, i = ΔP W, i . The remaining elements of ΔP W , which are non-zero, describe regenerative generators that do not fail and generate more or less power at time t1 than at time t0. What is now the maximum power gain of all renewable generators before time t1 (which is the secondary control power or compensation 1 T .DELTA.P of the generators corresponds) so that the frequency deviation | .DELTA.f | in the power grid and the phase differences | B T θ | the voltages of the network nodes by the thresholds .DELTA.f max or γ is limited? It is considered the maximum magnitude phase difference from all phase differences that occur between the voltages of two connected via a power line network nodes in the power grid. Possibly. For each power line separate thresholds for the phase differences can be considered. In this case, the terms "sin (γ) 1" in the following equation (17) would be replaced by separate entries for each power line, each separate entry being the sine of a separate threshold for the particular power line.
Obiges Problem kann unter Verwendung der Gleichungen (11) und (14) wie folgt ausgedrückt werden: The above problem can be expressed by using equations (11) and (14) as follows:
In der hier beschriebenen Ausführungsform wird eine Grenze für die Phasendifferenzen der Spannungen basierend auf einem Ergebnis aus der Druckschrift [3] angegeben. Es wird dabei eine konservative Approximation für die zweite Bedingung aus Relation (15) wie folgt verwendet: In the embodiment described here, a limit for the phase differences of the voltages is given based on a result of the document [3]. A conservative approximation for the second condition from relation (15) is used as follows:
Dabei bezeichnet ||·||∞ die Unendlichkeitsnorm, d. h. den betragsmäßig maximalen Eintrag des Vektors, für den die Norm berechnet wird. Ferner bezeichnet Lt die Pseudoinverse der Laplace-Matrix L = BKBT. Dies führt zu einem Satz von Ungleichungen für die zu bestimmenden Variablen ΔP, und zwar mit jeweils zwei Ungleichungen für jede Stromleitung im Stromnetz. Der Satz von Ungleichungen lautet wie folgt: Where || · || ∞ the infinity norm, ie the absolute maximum entry of the vector for which the norm is calculated. Furthermore, L t denotes the pseudoinverse of the Laplace matrix L = BKB T. This results in a set of inequalities for the variable ΔP to be determined, with two inequalities for each power line in the power grid. The set of inequalities is as follows:
Diese Ungleichungen sind elementweise für die entsprechenden Vektoren auf jeder Seite des Ungleichheitszeichens zu verstehen. Die nominalen Wirkleistungen P0 der Proportionalregelung der Generatoren müssen so gewählt sein, dass die Ungleichung auch zum Zeitpunkt t0, d. h. für ΔP = 0 und ΔPW = 0, erfüllt ist.These inequalities are to be understood element by element for the corresponding vectors on each side of the inequality sign. The nominal active powers P 0 of the proportional control of the generators must be chosen such that the inequality is also satisfied at time t 0, ie for ΔP = 0 and ΔP W = 0.
Zusätzlich zu der Ungleichung (17) ergeben sich die folgenden zwei Ungleichungen basierend auf der ersten Bedingung aus Relation (15): In addition to the inequality (17), the following two inequalities result from the first condition from relation (15):
Die Bedingungen gemäß Relationen (17) und (18) lassen sich nunmehr zusammenfassend wie folgt formulieren:
Dabei bezeichnet II die Einheitsmatrix.Where II denotes the unit matrix.
Es wird nun zunächst davon ausgegangen, dass der Vektor ΔPW vollständig bekannt ist, d. h. auch die Einträge für jene regenerative Erzeuger, die nicht ausfallen. Später wird erläutert, wie das Problem auch ohne diese Annahme gelöst werden kann. Jede der 2(NE + 1) Ungleichungen (19) führt eine Hyperebene ein, welche den Raum des Vektors ΔP in zwei Hälften teilt. Die gültigen Punkte liegen auf einer Seite der Hyperebene. Alle der obigen Ungleichungen aus Relation (19) müssen für einen gültigen Satz von Punkten ΔP erfüllt sein. Der gültige Satz von Punkten ist somit die gemeinsame Schnittmenge aller gültigen Räume auf einer Seite der entsprechenden Hyperebenen.It is now assumed first that the vector ΔP W is completely known, ie also the entries for those regenerative generators that do not fail. Later it will be explained how the problem can be solved even without this assumption. Each of the 2 (N E + 1) inequalities (19) introduces a hyperplane which divides the space of the vector ΔP into two halves. The valid points are on one side of the hyperplane. All of the above inequalities from relation (19) must be satisfied for a valid set of points ΔP. The valid set of points is thus the common intersection of all valid spaces on one side of the corresponding hyperplanes.
Im erfindungsgemäßen Verfahren wird nunmehr die Reserve der Sekundärregelleistung ΔP so eingestellt, dass sie einem Vektor ΔP entspricht, der obige Ungleichheitsrelation (19) erfüllt. Dies bedeutet im Umkehrschluss, dass die Leistungserzeugung der regenerativen Erzeuger in gleicher Weise begrenzt wird, da die bereitgestellte (negative) Sekundärregelleistung mit einer entsprechenden Zunahme der Leistungserzeugung der regenerative Erzeuger korreliert.In the method according to the invention, the reserve of the secondary control power ΔP is now set to correspond to a vector ΔP satisfying the above inequality relation (19). This implies, conversely, that the power generation of the regenerative generators is equally limited because the provided (negative) secondary control power correlates with a corresponding increase in the power generation of the regenerative generators.
Nun wird der allgemeinere Fall betrachtet, in dem der Vektor ΔPW nicht vollständig bekannt ist. Die Einträge der regenerativen Erzeuger, die zum Zeitpunkt t1 ausfallen, sind bekannt, weil sie den Einträgen des Vektors P0 entsprechen. Die Einträge der regenerativen Erzeuger, die zum Zeitpunkt t1 nicht ausfallen, sind nicht bekannt, allerdings ist bekannt, dass
Um zulässige Werte von ΔP zu finden, auf deren Basis die Reserve der Sekundärregelleistungen festgelegt wird, können verschiedene Verfahrensvarianten verwendet werden. In order to find permissible values of ΔP on the basis of which the reserve of the secondary control power is determined, different process variants can be used.
In einer ersten Verfahrensvariante wird davon ausgegangen, dass das Verhältnis der Sekundärregelleistungen der einzelnen Generatorknoten bekannt ist, d. h. es gilt:
Dabei ist die Richtung k
In einer zweiten Verfahrensvariante wird die Tatsache genutzt, dass ΔP = 0 eine Lösung der Ungleichheitsrelation (19) ist. Die Analyse kann dann vereinfacht werden, indem ein Vektor ΔP betrachtet wird, dessen Einträge bis auf den m-ten Eintrag 0 sind, wobei der m-te Eintrag einen Generator repräsentiert. Dies führt zu folgenden Bedingungen:
Diese Bedingungen müssen für alle Indizes l erfüllt sein. Indem man Grenzwerte gemäß obiger Relation (21) für alle, Generatoren repräsentierende Komponenten m des Vektors ΔP betrachtet, erhält man einen Satz von Grenzpunkten von M Koordinatenachsen (M = Anzahl der Generatoren) des Raums von Einträgen ungleich 0 des Vektors ΔP, typischerweise zwei Punkte mit unterschiedlichen Vorzeichen auf jeder Koordinatenachse. Indem einer dieser Punkte auf jeder dieser Koordinatenachsen ausgewählt wird, kann eine Hyperebene konstruiert werden, welche die ausgewählten Punkte auf allen Koordinatenachsen enthält. All diese Hyperebenen, die aus allen 2M Kombinationen von Grenzpunkten auf den Koordinatenachsen resultieren, bilden eine konvexe Hülle, welche die exakte konvexe Hülle approximiert. Jeder Vektor innerhalb der konvexen Hülle erfüllt dabei die obige Ungleichheitsrelation (19). Durch Auswahl eines entsprechenden Vektors aus der konvexen Hülle werden somit Reserven für die Sekundärregelleistungen der Generatoren festgelegt.These conditions must be fulfilled for all indices l. By considering limits according to the above relation (21) for all components m of the vector ΔP representing generators, one obtains a set of boundary points of M coordinate axes (M = number of generators) of the space of entries not equal to 0 of the vector ΔP, typically two points with different signs on each coordinate axis. By selecting one of these points on each of these coordinate axes, a hyperplane can be constructed containing the selected points on all coordinate axes. All these hyperplanes, which result from all 2 M combinations of boundary points on the coordinate axes, form a convex hull which approximates the exact convex hull. Each vector within the convex hull fulfills the above inequality relation (19). By selecting a corresponding vector from the convex hull, reserves are thus defined for the secondary control outputs of the generators.
In einer dritten Verfahrensvariante wird zur Bestimmung von Reserven für die Sekundärregelleistungen das folgende lineare Optimierungsproblem betrachtet:
Zur Lösung dieses Optimierungsproblems wird die obige Bedingung (19) als Nebenbedingung verwendet.To solve this optimization problem, the above condition (19) is used as a constraint.
Es wird somit unter Verwendung dieser Nebenbedingung der Betrag der Summe der Sekundärregelleistungen der Generatoren maximiert. Über die Lösung dieses Optimierungsproblems werden wiederum geeignet festgelegte Reserven der Sekundärregelleistungen bestimmt. Zur Lösung des Optimierungsproblems können an sich bekannte Verfahren zur Lösung linearer Optimierungsprobleme, wie z. B. das Simplex-Verfahren oder das Innere-Punkte-Verfahren, eingesetzt werden.Thus, using this constraint, the amount of the sum of the secondary control powers of the generators is maximized. By means of the solution of this optimization problem, suitably determined reserves of the secondary control power are again determined. To solve the optimization problem known per se methods for solving linear optimization problems such. As the simplex method or the inside-points method can be used.
Die im Vorangegangenen beschriebenen Ausführungsformen der Erfindung weisen eine Reihe von Vorteilen auf. Insbesondere werden die Sekundärregelleistungen in einem Stromnetz derart eingestellt, dass im Falle eines Ausfalls von regenerativen Energieerzeugern die Stabilität des Netzes weiter gewährleistet ist. Dies wird durch eine Prädiktion des Netzzustands nach Ausfall von regenerativen Energieerzeugungsanlagen erreicht, wobei über den prädizierten Netzzustand eine Bedingung an die Sekundärregelleistungen formuliert wird, welche bei ihrer Erfüllung einen stabilen Netzzustand nach Ausfall der regenerativen Erzeuger sicherstellt. Das erfindungsgemäße Verfahren kann auf einfache Weise mit überschaubarem numerischem Aufwand implementiert werden und stellt in Stromnetzen mit regenerativer Energieerzeugung durch geeignete Festlegung von Reserven an Sekundärregelleistung und der damit verbundenen Begrenzung der regenerativen Energieerzeugung einen stabilen Netzbetrieb sicher.The embodiments of the invention described above have a number of advantages. In particular, the secondary control power is set in a power grid such that in the event of a failure of renewable energy generators, the stability of the network is further ensured. This is achieved by a prediction of the network state after failure of regenerative power generation plants, whereby a condition is formulated on the predefined network state to the secondary control power, which ensures a stable network state after failure of the regenerative generators when they are fulfilled. The inventive method can be implemented in a simple manner with manageable numerical effort and ensures a stable network operation in power grids with regenerative energy production by suitable definition of reserves of secondary control power and the associated limitation of regenerative energy production.
Literaturverzeichnis:Bibliography:
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