Measurement system and technique for future active distribution grids

  • Messsystem und Messtechnik für zukünftige aktive Verteilnetze

Liu, Junqi; Monti, Antonello (Thesis advisor)

1. Aufl.. - Aachen : E.ON Energy Research Center, RWTH Aachen University (2014)
Doktorarbeit

In: E.On Energy Research Center 18 : ACS, automation of complex power systems
Seite(n)/Artikel-Nr.: XII, 144 S. : Ill., graph. Darst.

Zugl.: Aachen, Techn. Hochsch., Diss., 2013

Kurzfassung

Die Entwicklungen auf dem Gebiet der aktiven elektrischen Verteilnetze werden mit steigender Komplexität, Dynamiken und Unsicherheit begleitet, die zugleich sowohl neue Herausforderungen an als auch Probleme für die Zuverlässigkeit und die Stabilität der Netze stellen. Ein echtzeitfähiges Mess- und Überwachungssystem, das hochgenaue und umfangreiche Messdaten aufbietet, ist daher Voraussetzung, um eine zuverlässige und effiziente Netzregelung beziehungsweise Netzbetrieb zu gewährleisten. Jedoch ist ein solches Mess- und Überwachungssystem in heutigen elektrischen Verteilnetzen noch nicht vorhanden. Diese Dissertation befasst sich demzufolge mit dem Ziel, neuartiges echtzeitfähiges Messsystem und Messtechnik für zukünftige aktive Verteilungsnetze mit den folgenden drei wesentlichen Aspekten zu entwickeln: Planung des Messsystems, Messalgorithmus zur Schätzung der Betriebsparameter des Netzes und Tracking von Systemzuständen. Die Planung der gesamten nötigen Messinfrastruktur wird in der Dissertation als erstes thematisiert, wobei eine Optimierungsmethode für die Platzierung von Messtechniken als Grundbaustein für die Auslegung eines zukünftigen Messsystems entwickelt wird. Es wird eine Designprozedur für die Zustandsschätzung des Verteilungsnetzes aufgestellt, wobei sowohl konventionelle als auch neuartige Messtechnologien eingebunden werden. Eine stochastische Optimierung, die gleichzeitig die Gewährleistung der Genauigkeit der Netzzustandsschätzung und minimale Investmentkosten erzielt, wird aufgezeigt und realisiert, um das Platzierungsproblem zu lösen. Um die Platzierung der Messtechniken für ein robustes Messsystem zu erreichen, sind Ausfall und Degradation von Messeinheiten sowie mangelhaften Messdaten mit nicht normalverteilen statistischen Eigenschaften berücksichtigt. Die entwickelte Planungsmethode kann Netzbetreiber bei der Entscheidung der Aufrüstung ihrer Messinfrastruktur unterstützen. Im zweiten Teil dieser Dissertation wird ein neuartiger Messalgorithmus für die Schätzung von den Netzbetriebsparametern, nämlich Phasoren und Frequenzen, entwickelt. Ein modifiziertes Taylor-Kalmen-Filter wird für die Messung von sogenannten dynamischen Phasoren unter dynamischen und gestörten Netzbedingungen entwickelt. In Kombination mit der Phasorenmesstechnik wird ein auf einer sogenannten Weighted-Smoothing-Differentiation-Methode basierter Messalgorithmus für die Messung von Frequenz und Rate of Change of Frequency (ROCOF) ausgelegt. Diese offerieren neuartige algorithmische Methoden und bieten hohe Genauigkeit für die Parameterschätzung sowie Informationen zur Versorgungsqualität. Den letzten Teil der Dissertation bildet die Betrachtung der verkoppelten Eigenschaften des elektrischen Netzes mit hohen Systemdynamiken. Dabei ist ein auf dem dezentralen Kalman Filter basierter Ansatz entwickelt, um die Ermittlung der verkoppelten Netzzustände zu erleichtern. Dieser dezentrale Ansatz wird durch die Anwendung des Konzepts „virtuelle Störquelle“ zur Entkopplung der lokalen Systeme des Netzes ermöglicht. Hochgenaue Ermittlung von lokalen Systemzuständen und dynamischen Interaktionen zwischen den lokalen Systemen erfolgt mit erweiterten lokalen Kalman-Filtern und benötigt keine Kommunikation. Diese entwickelte Methode ist für agentenbasierte dezentrale Regelungen gut einsetzbar, um die sogenannte „Plug&Play“ Eigenschaften der Netzkomponenten zu ermöglichen.

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