Eigenschaften moderner Leitsysteme

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1 Eigenschaften moderner Leitsysteme Dr. Christoph Schneiders Leiter Hauptschaltleitung Brauweiler Aschaffenburg, 24. Oktober 2017

2 Inhalt Einleitung Anforderungen an ein modernes Leitsystem Regionale Koordination und Sicherheitsmanagement Zusammenfassung und Ausblick 1

3 Einleitung Steigende Komplexität in der Systemführung Integration der erneuerbaren Energiequellen (EE) - insbesondere Wind und Photovoltaik Weiträumiger europäischer Handel großer Energiemengen Häufig veränderliche, unbekannte Leistungsflusssituationen Grenzwertig hohe Belastungen im Übertragungsnetz Massiver Anstieg der von den Schaltingenieuren in der zentralen Netzleitstelle zu verarbeitenden Informationsmenge Übertragungsnetzstörungen: inadäquate Situationserfassung als Ursache identifiziert 2

4 Innovative Systemführung Observability Area Responsibility Area Netzgebiet Amprion 226 relevante Anlagen Observability Area Beobachtungsbereich Amprion zusätzliche 468 relevante Anlagen 3 Signifikante Vergrößerung des zu beobachtenden Netzgebietes, Massiver Anstieg der Datenmenge

5 Ausgangslage: Auch dezentrale Erzeugungseinheiten führen zu erhöhtem Transportbedarf im Übertragungsnetz durch Rückspeisung MW hohe PV Einspeisung geringe PV Einspeisung Trafo1, viel PV Trafo 2, viel PV Trafo1, wenig PV Trafo 2, wenig PV 200,0 MW 160,0 120,0 80,0 40,0 Übertragungsnetz 0 0, , ,0-120,0-160,0 Quelle: Amprion GmbH Erzeugungsganglinie (h-werte) -200,0 4

6 Ausgangslage: Auch dezentrale Erzeugungseinheiten führen zu erhöhtem Blindleistungseinspeisung in das Transportnetz Übertragungsnetz 5

7 Inhalt Einleitung Anforderungen an ein modernes Leitsystem neuere Komponenten Netzstabilität Erhöhung der netzweiten Übertragungskapazität Visualisierung Regionale Koordination und Sicherheitsmanagement Zusammenfassung und Ausblick 6

8 Innovative Systemführung Prinzipielle Anforderungen an ein modernes Leitsystem Flexibilität (im Hinblick auf neue Anforderungen) Leistungsfähige Datenaufbereitung (z.b. schneller Datenmodellwechsel) Gute Bedienbarkeit (GUI, Monitore, Tastaturen usw.) Höchste PDV-Security Höchste Zuverlässigkeit (inkl. Notfallstandort) Hohe Performance (auch bei Mengenerweiterungen) Flexible Schnittstellen (Komplexitätsreduzierung) Moderne Software- und Systemarchitektur Dauerhaft gesicherte Lieferantenverfügbarkeit (Erweiterungen und Support) Einbindung in unternehmensweite Informationssysteme 7

9 Innovative Systemführung Innovative Anforderungen - neuere Komponenten Vollständige Einbindung neuerer Komponenten zur Wirk- und Blindleistungsbeeinflussung Querregeltransformator (Phasenschiebertransformator) zur Lastflusssteuerung rotierende Phasenschieber MSCDN (Mechanical Switched Capacitors with Damping Network) SVC, STATCOM (Static VAR compensators, Static Synchronous Compensator) Integration von Hochspannungsgleichstromleitungen (HGÜ) ALEGrO: Aachen Lüttich Electricity Grid Overlay Integration von Ultranet parallele Hochspannungs-Gleichstrom und Wechselstromübertragung 8

10 Blindleistungseinsatz Blindleistungsbedarf war durch übernatürlich belastete Leitungen sehr hoch Spannung wurde ggü. Normalbetrieb erhöht Platzhalter Bild Bürstadt Blindleistung (Mvar) Spannung (kv) Blindleistung Bürstadt Spannung Bürstadt Ziel: Befunde und Verluste reduzieren 9

11 Innovative Systemführung Innovative Anforderungen - Netzstabilität Vorbereitung des Systems und Schaffung der Schnittstellen zum Einsatz von Verfahren zur Sicherstellung der statischen und transienten Netzstabilität sowie der Spannungsstabilität auch unter erhöhten Auslastungsbedingungen State-Estimation im 3s-Zyklus Frühzeitige Erkennung Spannungskollaps, Ersatzwert für Regler, adaptiver Schutz 10

12 Innovative Systemführung Innovative Anforderungen - Erhöhung der Übertragungskapazität Bisher Verwendung statischer Stromgrenzwerte unter der Annahme von Worst-Case - Szenarien thermischer Engpassstrom Schutz-Engpassstrom Erhöhung der netzweiten Übertragungskapazität durch Wetterdatenmonitoring direkt auf Hochspannungsleitungen Adaptive Netzschutzsysteme mit der Möglichkeit, Schutzgrenzwerte dynamisch anzupassen 11

13 Innovative Systemführung Innovative Anforderungen - Erhöhung der Übertragungskapazität Dynamische Bestimmung des thermischen Engpassstroms durch adaptiven Freileitungsbetrieb - Lufttemperatur - Globalstrahlung - Windgeschwindigkeit - Windrichtung - Luftdruck Dynamische Bestimmung des Schutz-Engpassstroms durch den Einsatz adaptiver Netzschutzsysteme - Kurzschlussleistung 12

14 Visualisierungskonzept Hierarchische Informationsdarbietung Visualisierungsebene Ebene 1 - Systemzustand Datenreduktion Ebene 2 - Übersichtsanzeigen Ebene 3 - Detailanzeigen Stand der Technik 13 Menge der Informationen Untersuchung, wie weit die Systemzustandsinformationen in der globalen Anzeige verdichtet werden dürfen Quelle: Christoph Schneiders, Visualisierung des Systemzustandes und Situationserfassung in großräumigen elektrischen Übertragungsnetzen, Dissertation, Bergische Universität Wuppertal, Verlagshaus Mainz

15 Innovative Systemführung Innovative Anforderungen - Visualisierung Kreisdiagramm im Offline-Testsystem mit Exante- und Ex-post-Anzeigen Zusammenhänge zwischen verschiedenen Größen und der Grad der Abweichungen sind direkt und intuitiv erkennbar 14 Quelle: Christoph Schneiders, Visualisierung des Systemzustandes und Situationserfassung in großräumigen elektrischen Übertragungsnetzen, Dissertation, Bergische Universität Wuppertal, Verlagshaus Mainz

16 Innovative Systemführung Innovative Anforderungen - Visualisierung Systemzustand Leistungsfluss Frequenz Netzsicherheit Übersicht BE NL DE_ f [mhz] DE_2 DK Darstellung der mittleren Visualisierungsebene Kiviatgraph - Darstellung der Frequenzabweichung LU PL FR CZ CH AT Quelle: Christoph Schneiders, Visualisierung des Systemzustandes und Situationserfassung in großräumigen elektrischen Übertragungsnetzen, Dissertation, Bergische Universität Wuppertal, Verlagshaus Mainz 15

17 Umsetzung und Validierung in der Praxis Großbildanzeige mit Systemzustandsanzeige in der Netzleitstelle 16 Quelle: Christoph Schneiders, Visualisierung des Systemzustandes und Situationserfassung in großräumigen elektrischen Übertragungsnetzen, Dissertation, Bergische Universität Wuppertal, Verlagshaus Mainz

18 Umsetzung und Validierung in der Praxis Großbildanzeige mit Systemzustandsanzeige in der Netzleitstelle Gemeinsame Situationserfassung mehrerer Arbeitsplätze in der Netzleitstelle mittels Systemzustandsanzeige 17 Quelle: Christoph Schneiders, Visualisierung des Systemzustandes und Situationserfassung in großräumigen elektrischen Übertragungsnetzen, Dissertation, Bergische Universität Wuppertal, Verlagshaus Mainz

19 Inhalt Einleitung Anforderungen an ein modernes Leitsystem Regionale Koordination und Sicherheitsmanagement Zusammenfassung und Ausblick 18

20 Regional Security System Prozess 1. Datensammlung 2. Datenaggregation 3. N-1 Analyse 4. Ergebnisverteilung 5. Analyse durch Expertenteams (bei Amprion SSC) 6. Gemeinsame Entscheidung über Maßnahmen 7. Ausführung der beschlossenen Maßnahmen (bei Amprion HSL) CTDS Regional Cooperation TSO Security Cooperation 19 Quelle: TSC

21 ENTSO-E Awareness System 20 Quelle: ENTSO-E

22 ENTSO-E Awareness System Visualisierung UCTE Störung 4. November 2006 Hier ist eine Auftrennung in drei Frequenzinseln ähnlich zur Situation dargestellt. 21 Quelle: ENTSO-E

23 ENTSO-E Awareness System Leistungsaustausch 22 Quelle: ENTSO-E

24 ENTSO-E Awareness System Systembilanz Beispiel für eine Fehlbilanz in Südeuropa: Italien und Frankreich sind zusammen um ca MW unterdeckt. Echtzeit Situationserfassung Gemeinsame Sicht für alle TSOs (ENTSO-E: 42 Mitglieder) 23 Quelle: ENTSO-E

25 Inhalt Einleitung Anforderungen an ein modernes Leitsystem Regionale Koordination und Sicherheitsmanagement Zusammenfassung und Ausblick 24

26 Zusammenfassung und Ausblick Deutliche Komplexitätssteigerung bei der Systemführung elektrischer Übertragungsnetze Innovative Anforderungen: neue Komponenten, Netzstabilität, Erhöhung der Übertragungskapazität Situationserfassung: Innovatives Visualisierungskonzept Europäische Kooperation der ÜNB: Schaffung gemeinsamer Werkzeuge und Tools Informationsaustausch ÜNB / VNB: vertikale Observability Area 25

27 Vielen Dank für Ihre Aufmerksamkeit