Die Rolle des Übertragungsnetzes bei der Auslösung oder Behebung von Blackouts
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1 Die Rolle des Übertragungsnetzes bei der Auslösung oder Behebung von Blackouts Walter Sattinger, Senior Projekt- & Studieningenieur Basel, 7. Dezember 2016
2 Agenda 1. Unterschiede und Ähnlichkeiten verschiedener Netzzusammenbrüche 2. Typischer Ablauf eines Netzzusammenbruchs 3. Werkzeuge und Vorbereitungen für den Netzwiederaufbau 4. Zusammenfassung 5. Referenzen 2
3 1. Unterschiede und Ähnlichkeiten verschiedener Netzzusammenbrüche Randzeiten des Netzbetriebs mit aussergewöhnlicher Netzbelastung Besondere klimatische Randbedingungen Besondere Herausforderungen für Erzeugungseinheiten Grosser Transport von Leistung über weite Entfernungen 3
4 1.1 Beispiel Süd-Australien Netzfrequenz Quelle: /1/ Frequenzgradient: ca. 6 Hz/s In CE heute beherrschbar: ca. 1 Hz/s 4
5 1.2 Beispiel Süd-Australien Netzspannung Zeitablauf: 6 Störfälle innerhalb 1,5 Minuten Spannungseinbrüche bis 40% der Nennspannung Quelle: /2/ 5
6 2. Typischer Ablauf eines Netzzusammenbruchs Ausgelöst durch eine unglückliche Verkettung von Einzelereignissen Kaskade von Einzelstörungen kann nicht mehr gestoppt werden Zeit reicht nicht für korrektive manuelle Eingriffe aus Quelle: /3/ 6
7 2.1 Beispiel Türkeiblackout Drittgrösste Störung der letzten 15 Jahre Verbundnetzbetrieb in Kontinentaleuropa Italienblackout 28. September 2003 Inselnetztrennung 4. November 2006 Zerfall in zwei Inseln und Abtrennung vom Verbundnetz innerhalb weniger Sekunden Vollständiger Netzzusammenbruch 7
8 2.2 Beispiel Türkeiblackout Übersicht 9:36:11 33 GW 8
9 2.3 Türkeiblackout Zusammenfassung geschwächtes Netz ausgeschaltete Serienkompensation 4700 MW Ost-West-Lastfluss 21% Import im Westen 42% Export im Osten 1600 km Winkelinstabilität -> Ost-West-Synchronverlust Grad/s (Spannungswinkeldifferenz) 52,3 Hz / 48,2 Hz (Frequenz Osten/Westen) 1 Hz/s / 500 mhz/s (Frequenzgradient O/W) 35% Last für Lastabwurf reichte nicht aus! Quelle: /4/ 9
10 2.4 Türkeiblackout Chronologie der Ereignisse Erster Leitungsausfall wegen nicht dokumentierter Schutzeinstellung Zweite und folgende Auslösungen wegen Unterimpedanz oder Aussertrittfallen In 3,1 Sekunden Zerfall von TR in zwei Inseln Quelle: /4/ In Sekunden totaler Netzzusammenbruch 10
11 2.5 Türkeiblackout Störverlauf im Detail 1 Hz/s Osten; _ mhz/s Westen nach 1,9 Sekunden => keine Rückkehr mehr möglich f [Hz] Quelle: /4/ 8. 09:36:12:44 Babaeski-Nea Santa 9. 09:36:12:44 Maritsa-Hamitabat :36:12:53 Maritsa-Hamitabat Freq. Ag. Stefanos Freq. Mettlen Freq. Bassecourt Freq. Brindisi Freq.Robbia Freq. Soazza Freq. Lavorgo Freq. Divaca Freq. Ernestinovo Freq. Ataturk Freq. Hamitabat Freq. Temelli Freq. Thessaloniki Freq. Recarei Freq. Dogu Bayazit Batergan 09:36:24 09:36:23 09:36:22 09:36:21 09:36:20 09:36:19 09:36:18 09:36:17 09:36:16 09:36:15 09:36:14 09:36:13 09:36:12 09:36: :36:10 f [Hz] 1. 9:36:09:42 Kursunlu-Osmanca 09:36:09 48,2 Hz westliche Insel 3. 09:36:11:02 Seydisehir-Adana 4. 09:36:11:14 Sincan-Elbistan B 5. 09:36:11:20 Sincan-Elbistan A 6. 09:36:11:24 Atatürk-Yesilhisar South 7. 09:36:11:25 Temeli-Yesilhisar North 8. 09:36:11:32 Temeli-Yesilhisar South 2. 09:36:10:98 Atatürk-Yesilhisar North :36:08 52,3 Hz östliche Insel _ Auftrennung in zwei Inseln infolge Winkelinstabilität 09:36:24 09:36:23 09:36:22 09:36:21 Freq. Brindisi Freq. Lavorgo Freq. Ataturk Freq. Recarei 09:36:07 Freq. Bassecourt Freq. Soazza Freq. Kassoe Freq. Thessaloniki 09:36:20 09:36:19 09:36:18 09:36:17 09:36:16 09:36:15 09:36:14 09:36:13 09:36:12 Freq. Mettlen Freq.Robbia Freq. Ernestinovo Freq. Temelli 09:36:06 Freq. Ag. Stefanos Freq. Wien Freq. Divaca Freq. Hamitabat Freq. Dogu Bayazit Batergan 09:36:11 09:36:10 09:36:09 09:36:08 09:36:07 09:36:
12 2.6 Türkeiblackout Netzwiederaufbau 1600 km top-down (über Bulgarien) bottom-up (9 Regionalzentren) 18 Minuten CE 1,5 h 50% Thrakien 6,5 Stunden Ost-West wieder verbunden und 80% der Last versorgt 7,2 Stunden Vollversorgung Flugverkehr war nicht betroffen mobile Telekommunikation war nicht betroffen, da Autonomiezeiten von mindestens 6 Stunden Quelle: /4/ 12
13 3. Werkzeuge und Vorbereitungen für den Netzwiederaufbau Modellbildung Netzwiederaufbauversuche Trainingssimulator und Störfallorganisation 13
14 3.1 Spezifische Herausforderungen beim Netzaufbau Hoher Zeitdruck, da der wirtschaftliche Schaden mit der Dauer der Unterbrechung immer grösser wird Eingeschränkte Verfügbarkeit von Betriebsmitteln Aussergewöhnliche Betriebszustände müssen bewältigt werden Übersicht und Kommunikationsmittel haben eine Schlüsselrolle Beherrschung der Netzdynamik hat entscheidenden Einfluss auf den Erfolg: Berechnungen am Netzmodell Training am Simulator Versuche im Netz 14
15 3.2 Vorbereitungen für den Netzwiederaufbau - Modellbildung 15
16 3.3 Vorbereitungen für den Netzwiederaufbau Simulationsberechnungen, Versuche Inselbetrieb, Übersicht 90 km 220-kV-Leitungen ca. 400 MVA Erzeugung MW Last (Pumpen) 16
17 3.4 Vorbereitungen für den Netzwiederaufbau Simulationsberechnungen, Versuche Inselbetrieb, Ergebnisse [Hz] f = 760 mhz [MW] :07:00 11:07:20 11:07:40 11:08:00 11:08:20 11:08:40 11:09:00 11:09:20 11:09:40 11:10:00 f_ist_ha2m1 [Hz] f_simulation P_Gr2M1 [MW] 17
18 3.5 Vorbereitungen für den Netzwiederaufbau- Versuche im Verbundnetz - Netzstruktur 18
19 3.6 Vorbereitungen für den Netzwiederaufbau- Versuche im Verbundnetz - Ergebnisse 19
20 3.7 Schulung am Simulator in Glattbrugg und Prilly Umgebung / Werkzeuge sind identisch Netzleitsystem der Dispatcher Zusammenarbeit von Übertragungsnetz, Kraftwerk und Verteilnetz Geografisch getrennte Simulatoren Grenzüberschreitende Simulationsübungen 20
21 4. Zusammenfassung Das Rückgrat der elektrischen Energieversorgung muss für extreme Situationen gut gewappnet sein Das Zusammenspiel von Kraftwerken, Netz und Verbrauchern muss genau bekannt sein Erkenntnisse aus Störfällen müssen genau analysiert werden Extremsituationen müssen modelliert, simuliert und soweit möglich in Tests durchgespielt werden 21
22 5. Referenzen /1/ PRELIMINARY REPORT BLACK SYSTEM EVENT IN SOUTH AUSTRALIA ON 28 SEPTEMBER 2016, AEMO, 5 October 2016, /2/ UPDATE REPORT BLACK SYSTEM EVENT IN SOUTH AUSTRALIA ON 28 SEPTEMBER 2016, AEMO, 19 October 2016, /3/ Technical Background and Recommendations for Defence Plans in CE Synchronous Area, ENTSO-E, Okt SO-E_Defence_Plan_final_2011_public.pdf /4/ Report on Blackout in Turkey on 31st March 2015, ENTSO-E, 21. Sept _Black_Out_Report_v10_w.pdf 22
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