Elektrische Energieversorgung 3 Dynamik, Regelung und Stabilität, Versorgungsqualität, Netzplanung, Betriebsplanung und -führung, Leit- und Informationstechnik FACTS, HGÜ
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| Sprache: | German |
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Berlin [u.a.]
Springer
2012
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INHALT
TEIL I REGELUNG STABILITAET DES ENERGIEVERSORGUNGSNETZES 1 MODELLIERUNG
UND SIMULATION (PROF. DR.-ING. VALENTIN CRASTAN) 3 1.1 GENERATORMODELLE
UND SONSTIGE EINSPEISUNGEN 4
1.1.1 KURZZEITMODELLE DER SM 4
1.1.2 LANGZEITMODELL DER SM 9
1.1.3 SONSTIGE EINSPEISUNGEN 10
1.2 LASTMODELLE 11
1.2.1 STATISCHE LAST 11
1.2.2 DYNAMISCHE LASTEN 13
1.3 NETZDARSTELLUNG 14
1.4 SIMULATIONSPROGRAMME (DR.-ING. MARKUS POLIER) 15
1.4.1 MODELLIERUNG DES ELEKTRISCHEN NETZES 18
1.4.2 ALLGEMEINES MODELL ZUR ANALYSE VON STABILITAETSPROBLEMEN 24
1.4.3 NUMERISCHE INTEGRATION 25
1.4.4 GENAUIGKEIT UND STABILITAET NUMERISCHER INTEGRATIONSVERFAHREN 29
1.4.5 SIMULATIONSALGORITHMEN 36
1.4.6 BEHANDLUNG VON NICHTLINEARITAETEN 39
1.4.7 DYNAMISCHE MODELLIERUNG 41
1.4.8 INITIALISIERUNG (BERECHNUNG VON ANFANGSBEDINGUNGEN) 43 LITERATUR
47
2 DREHZAHL- UND FREQUENZLEISTUNGSREGELUNG (PROF. DR.-ING. VALENTIN
CRASTAN) 49
2.1 PRIMAERREGELUNG 50
2.1.1 WASSERTURBINEN 52
2.1.2 DAMPFKRAFTWERK 53
2.1.3 GASTURBINEN- UND KOMBIKRAFTWERKE 56
XNI
BIBLIOGRAFISCHE INFORMATIONEN HTTP://D-NB.INFO/1012631222
DIGITALISIERT DURCH
IMAGE 2
X IV INHALT
2.2 FREQUENZREGELUNG IM INSELNETZ 60
2.2.1 PRIMAERREGELUNG 60
2.2.2 SEKUNDAERREGELUNG 62
2.3 FREQUENZLEISTUNGSREGELUNG IM VERBUND 63
LITERATUR 65
3 SYNCHRONISIERUNG UND POLRADWINKELSTABILITAET (PROF. DR.-ING. VALENTIN
CRASTAN) 67
3.1 SYNCHRONGRUPPE AM STARREN NETZ 67
3.1.1 TORSIONSSCHWINGUNGEN 67
3.1.2 STOERUNGEN DES GLEICHGEWICHTS 70
3.1.3 WIRKUNG DER NETZREAKTANZ 72
3.1.4 STATISCHE STABILITAET DER UNGEREGELTEN SM 74
3.1.5 STATISCHE STABILITAET MIT SPANNUNGSREGELUNG 75
3.1.6 VERHALTEN IM KURZZEITBEREICH 78
3.2 DYNAMIK DER KLEINEN STOERUNGEN 78
3.2.1 WIRKUNG DER DREHZAHLREGELUNG 82
3.2.2 WIRKUNG DER SPANNUNGSREGELUNG 82
3.2.3 WIRKUNG DES PENDELDAEMPFUNGSGERAETS 84
3.3 VERHALTEN BEI GROSSEN STOERUNGEN 85
3.3.1 TRANSIENTE ANALYSE 89
3.3.2 STABILISIERUNGSMASSNAHMEN 93
3.4 MODELLIERUNG MIT SUBSYNCHRONEN SCHWINGUNGEN 96
3.4.1 SYNCHRONMASCHINE 96
3.4.2 NETZVERBINDUNG 97
3.4.3 POLAR-DQ-TRANSFORMATION 98
3.4.4 MECHANIK 98
3.4.5 HYDRAULISCHES ODER THERMISCHES SYSTEM UND DREHZAHLREGELUNG 99
3.5 TRANSIENTE ANALYSE VON MEHRMASCHINENSYSTEMEN 99
3.5.1 ELEKTRISCH STATISCHE DARSTELLUNG DER GENERATOREN 100 3.5.2
NETZDARSTELLUNG 101
3.5.3 DIE ELEKTRISCHE LEISTUNG 102
3.5.4 SYSTEME MIT M 3 108
3.5.5 SPANNUNGSUNABHAENGIGKEIT DER LAST 109
3.5.6 STABILITAET IM GROSSEN 110
3.5.7 ORDNUNGSREDUKTION 111
3.6 LINEARE ANALYSE VON MEHRMASCHINENSYSTEMEN 116
3.6.1 BERUECKSICHTIGUNG VON SPANNUNG UND BLINDLEISTUNG 119 3.6.2
NETZREDUKTION 120
3.6.3 ORDNUNGSREDUKTION DER GENERATORUEBERTRAGUNGS- FUNKTIONEN 120
3.7 POLRADWINKELSTABILITAET UND IHRE ANALYSE IN DER PRAXIS DES
NETZBETRIEBS (PROF. DR.-ING. HARALD WEBER) 121
3.7.1 ENTSTEHUNGSURSACHEN VON POLRADWINKELPENDELUNGEN 123 3.7.2 EINFLUSS
VON LEISTUNGSTRANSIT AUF DIE POLRADWINKELSTABILITAET 128
IMAGE 3
INHALT XV
3.7.3 EINFLUSS DER VERBRAUCHERSTRUKTUR AUF DIE POLRADWINKELSTABILITAET
131
3.7.4 IDENTIFIZIERUNG DESTABILISIERENDER SPANNUNGSREGLER IN
MEHRMASCHINENSYSTEMEN 133
3.8 PRAKTISCHE UNTERSUCHUNGEN ZUR POLRADWINKELSTABILITAET: ANSCHLUSS DES
TUERKISCHEN NETZES AN DAS EUROPAEISCHE ENTSO-E-SYSTEM (PROF. DR.-ING.
HARALD WEBER) 137
3.8.1 DURCHGEFUEHRTE UNTERSUCHUNGEN 138
3.8.2 ERMITTLUNG DER STABILITAETSGRENZE 141
3.8.3 UNTERSUCHUNG DES EINFLUSSES DER WASSERKRAFTWERKE 142 3.8.4
UNTERSUCHUNG DES EINFLUSSES DER PENDELDAEMPFUNGSGERAETE . .. 145 3.8.5
UNTERSUCHUNG DES EINFLUSSES VON STATIC VAR COMPENSATORS (SVCS) UND
STATCOMS 146
3.8.6 EINBAU EINES BREMSWIDERSTANDS 150
3.8.7 DAEMPFUNGSVERHALTEN DES GESAMTSYSTEMS NACH ANSCHLUSS AM 18.
SEPTEMBER 2010 152
LITERATUR 153
4 SPANNUNGSREGELUNG UND SPANNUNGSSTABILITAET (PROF. DR.-ING. VALENTIN
CRASTAN) 155
4.1 ERREGERSYSTEME UND SPANNUNGSREGELUNG DER SM 156
4.1.1 ERREGERSYSTEME 156
4.1.2 SPANNUNGSREGELUNG DER SYNCHRONMASCHINE 158 4.2 REGELUNG VON
STUFENTRANSFORMATOREN 168
4.2.1 REGLERAUSLEGUNG 168
4.2.2 LASTFLUSSBERECHNUNG MIT REGELTRANSFORMATOR 170 4.3 GEREGELTE
KOMPENSATIONSANLAGEN 171
4.3.1 PARALLELKOMPENSATION MIT SVC 172
4.3.2 STATISCHE KONVERTER (STATCOM) 174
4.3.3 SERIEKOMPENSATION 175
4.4 STATISCHE SPANNUNGSSTABILITAET DER SM 177
4.4.1 (U, P)-KENNLINIEN BEI KONSTANTEM LEISTUNGSFAKTOR 179 4.4.2 (U,
Q)-KENNLINIEN BEI VORGEGEBENER WIRKLAST 182 4.4.3 DARSTELLUNG MIT DER
GENERATORBLINDLEISTUNG 185
4.5 STATISCHE SPANNUNGSSTABILITAET IM VERMASCHTEN NETZ 189 4.6 DYNAMIK
191
4.6.1 KURZZEITANALYSE 191
4.6.2 LANGZEITINSTABILITAET 191
LITERATUR 192
TEIL II NETZPLANUNG, BETRIEBSPLANUNG UND -FUEHRUNG
5 VERSORGUNGSQUALITAET (DIPL.-ING. GERHARD BARTAK) 195
5.1 EINLEITUNG, GRUNDBEGRIFFE 195
5.1.1 ELEKTRIZITAETSVERSORGUNG UND GESELLSCHAFT 195
5.1.2 QUALITAETSBEGRIFFE IM BEREICH DER ELEKTRIZITAETSVERSORGUNG 195
IMAGE 4
INHALT
5.1.3 STRUKTUR DER QUALITAETSBEREICHE BEI DER ELEKTRIZITAETSVERSORGUNG 196
5.1.4 MIT QOS BEFASSTE INSTITUTIONEN 198
5.1.5 EINFLUSSKOMPONENTEN FUER DIE QOS UND DIE PLAYER 199 5.2
VERSORGUNGSSICHERHEIT SOS 200
5.2.1 ALLGEMEINES 200
5.2.2 DEFINITION 201
5.2.3 KOMPONENTEN UND DEREN GEWICHTUNG 201
5.2.4 SPEZIFISCHES REGELWERK 202
5.3 VERSORGUNGSZUVERLAESSIGKEIT COS 203
5.3.1 ALLGEMEINES 203
5.3.2 DEFINITION 203
5.3.3 GROSSE VERSORGUNGSUNTERBRECHUNGEN DER LETZTEN JAHRE 205 5.3.4
WESENTLICHE GRUENDE FUER VERSORGUNGSUNTERBRECHUNGEN UND DEREN KOSTEN 206
5.3.5 UNTERSTUETZUNG DURCH DEN EUROPAEISCHEN VERBUNDBETRIEB 207 5.3.6
SPEZIFISCHES REGELWERK 209
5.3.7 KENNGROESSEN 209
5.3.8 MONITORING UND STATISTIK: PRAXIS UND PROBLEME 210 5.4
SPANNUNGSQUALITAET (PQ, VQ) 212
5.4.1 ALLGEMEINES 212
5.4.2 DEFINITION 213
5.4.3 BEZUG ZUR ELEKTROMAGNETISCHEN VERTRAEGLICHKEIT (EMV) 214 5.4.4
SPEZIFISCHES REGELWERK 216
5.4.5 ENTWICKLUNG DER PQ-NORMUNG 218
5.4.6 POSITION DER PQ-NORMUNG IM GESAMTUMFELD DES REGELWERKS 223
5.4.7 MUTATION DER EN 50160. AKTUELLE PROBLEME UND AUSBLICK 224
5.4.8 MONITORING UND STATISTIK: PRAXIS UND PROBLEME 226 5.5 COMMERCIAL
QUALITY (CQ) 227
5.6 ENTWICKLUNG DER QOS-WAHRNEHMUNG. RUECKBLICK UND AUSBLICK 228
5.7 ZUSAMMENFASSUNG 229
LITERATUR 230
NETZPLANUNG UND NETZBERECHNUNG (DR.-ING. JUTTA HANSON) 233 6.1
BERECHNUNGEN ZUR KONZEPTANALYSE 234
6.1.1 LASTFLUSSBERECHNUNGEN 235
6.1.2 KURZSCHLUSSSTROMBERECHNUNGEN 236
6.1.3 UEBERSTROMSCHUTZ 237
6.1.4 THERMISCHE BELASTBARKEIT VON KABELN 239
6.1.5 STERNPUNKTBEHANDLUNG 241
6.1.6 OBERSCHWINGUNGEN 242
6.1.7 DYNAMISCHER MOTORANLAUF 246
IMAGE 5
INHALT XVII
6.1.8 TRANSIENTE STABILITAET 249
6.1.9 STATISCHE STABILITAET 250
6.1.10 PROBABILISTISCHE ZUVERLAESSIGKEIT 253
6.1.11 UEBERSPANNUNGEN 255
6.2 NETZPLANUNG FUER UNTERSCHIEDLICHE VERSORGUNGSNETZE 258 6.2.1
OEFFENTLICHES VERTEILNETZ 258
6.2.2 INDUSTRIENETZ 260
6.2.3 WINDPARKS 263
6.2.4 NETZANSCHLUSS UND EIGENBEDARF VON KRAFTWERKEN 267 LITERATUR 268
7 FLEXIBLE AC TRANSMISSION SYSTEMS (PROF. DR.-ING. DIRK WESTERMANN) 271
7.1 UEBERSICHT 271
7.2 TECHNOLOGIE 275
7.2.1 HALBLEITERBAUELEMENTE 277
7.2.2 PULSWEITENMODULATION SPANNUNGSUMRICHTER (PWM-VSC) 284
7.2.3 KASKADIERTER ZWEILEVEL SPANNUNGSUMRICHTER (CTL-VSC)... 294 7.2.4
MODULARER MULTILEVEL SPANNUNGSUMRICHTER (MMC-VSC) . .. 298 7.2.5
HYBRIDER MULTILEVEL SPANNUNGSUMRICHTER (HML-VSC) 301 7.2.6 GRUNDSTRUKTUR
SCHUTZ- UND LEITSYSTEM 305
7.3 AUFBAU UND STATIONAERES BETRIEBSVERHALTEN 309
7.3.1 SHUNTELEMENTE - SVC UND STATCOM 309
7.3.2 SERIENELEMENTE-TCSC UND SSSC 317
7.3.3 PARALLEL-SERIELLE ELEMENTE - PAR UND UPFC 323
7.3.4 ANWENDUNG IM NETZ 332
7.4 INTEGRATION IN DIE LASTFLUSSGLEICHUNGEN 342
7.4.1 VORBEMERKUNG 342
7.4.2 KNOTENINJEKTIONSVERFAHREN 345
7.4.3 INTEGRATION IN NEWTON RAPHSON VERFAHREN 349
7.5 MODELLIERUNG FUER DIE EFFEKTIVWERTSIMULATION 351
7.5.1 SHUNTELEMENTE - STATCOM 351
7.5.2 SERIENELEMENTE - SSSC 355
7.5.3 PARALLEL-SERIELLE-ELEMENTE - UPFC 358
7.5.4 SYNTHESE MIT DEN NETZGLEICHUNGEN 363
7.6 EINSATZORTBESTIMMUNG 366
7.6.1 SHUNTELEMENTE 366
7.6.2 SERIENELEMENTE 368
7.6.3 BETRACHTUNG NETZDYNAMIK 370
7.7 EINFLUSS AUF DIE TRANSIENTE WINKELSTABILITAET 372
7.7.1 ALLGEMEINE BETRACHTUNG 372
7.7.2 ALLGEMEINER ANSATZ 375
7.7.3 AUSFUEHRUNGSBEISPIELE 378
IMAGE 6
XVIII INHALT
7.8 VERBESSERUNG DER VERSORGUNGSQUALITAET 381
7.8.1 STOERUNGSURSACHEN 382
7.8.2 FACTS-ELEMENTE ZUR VERBESSERUNG DER VERSORGUNGSQUALITAET 384
7.8.3 VERGLEICH 393
LITERATUR 394
8 HOCHSPANNUNGSGLEICHSTROMUEBERTRAGUNG (PROF. DR.-ING. DIRK WESTERMANN)
397
8.1 EINLEITUNG 397
8.2 NETZGEFUEHRTE HGUE (LCC-HGUE) 400
8.2.1 GRUNDLEGENDE FUNKTIONSWEISE 400
8.2.2 AUSFUEHRUNGSFORMEN 407
8.2.3 ANFORDERUNGEN AN DIE NETZANSCHLUSSPUNKTE 413 8.2.4 REGELUNG EINES
LCC-HGUE-SYSTEMS 415
8.2.5 ECKDATEN LCC-HGUE-TECHNOLOGIE 434
8.3 SELBSTGEFUEHRTE HGUE (VSC-HGUE) 436
8.3.1 PWM-VSC UND GRUNDPRINZIP DES VIERQUADRANTENBETRIEBS 438
8.3.2 MMC-VSC-HGUE 441
8.3.3 ECKDATEN VSC-HGUE-TECHNOLOGIE 442
8.4 HGUE-SYSTEME 443
8.4.1 AUSFUEHRUNG DES DC-KREISES 443
8.4.2 AKTUELL REALISIERTE PROJEKTE 445
8.4.3 STATIONSVERLUSTE DER UNTERSCHIEDLICHEN TECHNOLOGIEN 446 8.4.4
ZUVERLAESSIGKEIT UND VERFUEGBARKEIT 448
8.5 BEISPIELE FUER HOCHLEISTUNGSUEBERTRAGUNG IM MODELL 450 8.6
UMWELTBEEINFLUSSUNG VON HGUE 455
8.6.1 GERAEUSCHEMISSION 458
8.6.2 FELDEMISSION 459
8.7 HGUENETZE 461
LITERATUR 461
9 BETRIEBSPLANUNG (PROF. DR.-ING. VALENTIN CRASTAN) 465
9.1 MIKROOEKONOMISCHE GRUNDLAGEN 465
9.2 BETRIEBSOPTIMIERUNG EINES VERTIKAL INTEGRIERTEN
ENERGIEVERSORGUNGSUNTERNEHMENS 467
9.2.1 NETZBERECHNUNG 468
9.2.2 NETZBERECHNUNG MIT SPANNUNGSEINKOPPLUNG 471 9.2.3 OPTIMALER
LEISTUNGSFLUSS (OPF) 473
9.2.4 OPTIMALE SPEICHERBEWIRTSCHAFTUNG 483
9.2.5 EINSATZPLAN DER THERMISCHEN GRUPPEN 486
9.2.6 DIE LANGFRISTIGE OPTIMIERUNG 488
9.2.7 DIE MITTELFRISTIGE OPTIMIERUNG 489
9.2.8 DIE KURZZEIT-OPTIMIERUNG 490
IMAGE 7
INHALT XIX
9.2.9 MOMENTANE OPTIMIERUNG 491
9.2.10 OPTIMIERUNG BEI EINSATZ VON WINDENERGIE 492
9.2.11 TARIFIERUNG 493
9.3 BETRIEBSOPTIMIERUNG BEI WETTBEWERB 493
9.3.1 MATHEMATISCHE GRUNDLAGEN 493
9.3.2 POOL-LOESUNG UND AUSGEHANDELTER NETZZUGANG 498 9.3.3
BETRIEBSOPTIMIERUNG BEI AUSGEHANDELTEM NETZZUGANG (PROF. DR.-ING. JOCHEN
KREUSEL) 498
LITERATUR 503
10 LEIT- UND INFORMATIONSTECHNIK (DR.-ING. ROLF APEL / DIPL.-ING. OTTO
VOLLMEIER) 505
10.1 UEBERBLICK 505
10.1.1 AUFGABE DER LEIT- UND INFORMATIONSTECHNIK 505
10.1.2 HISTORIE 506
10.1.3 AUSBLICK 507
10.2 FELD- UND STATIONSLEITTECHNIK 508
10.2.1 PLATTFORM UND SYSTEMARCHITEKTUR 508
10.2.2 PROZESS- UND FELDBUSEBENE 509
10.2.3 NETZSCHUTZ 511
10.2.4 STATIONSEBENE 514
10.2.5 ANWENDUNG 515
10.3 PHASENWINKELMESSUNGEN 527
10.3.1 MESSGERAETE 527
10.3.2 ANWENDUNGEN 527
10.4 FERNWIRKTECHNIK 528
10.4.1 INFRASTRUKTUR 528
10.4.2 PROTOKOLLE 530
10.5 ZAEHLERFERNAUSLESUNG 531
10.5.1 DER INTELLIGENTE ZAEHLER 531
10.5.2 ZAEHLERFERNAUSLESUNG UND VERTEILNETZAUTOMATISIERUNG 531 10.5.3 DAS
IKT-GATEWAY ALS SCHNITTSTELLE ZUR GEBAEUDE- UND HAUSAUTOMATISIERUNG 531
10.6 NETZLEITTECHNIK 532
10.6.1 MARKTUMFELD, ANFORDERUNGEN AN DIE NETZLEITTECHNIK 532 10.6.2
SYSTEMKONZEPTION FUER NETZLEITSYSTEME 534
10.6.3 SYSTEMARCHITEKTUR 536
10.6.4 DOMAENEN- UND FUNKTIONSUEBERBLICK 540
10.6.5 BEDIEN- UND ANWENDUNGSFUNKTIONEN 564
10.6.6 SYSTEMKONFIGURATIONEN 576
10.6.7 SYSTEMUEBERGREIFENDER WORKFLOW 579
10.6.8 SYSTEMINTEGRATIONSKONZEPTE 580
10.6.9 AUSBLICK 581
10.7 SMART GRID 582
10.7.1 DIE NEUEN ANFORDERUNGEN 582
10.7.2 FERNAUSLESBARE ZAEHLER 583
IMAGE 8
XX INHALT
10.7.3 INTEGRATION ERNEUERBARER ENERGIEN 584
10.7.4 DIE NEUEN PRINZIPIEN BEI DER NETZREGELUNG 586
10.7.5 DAS ELEKTROAUTO 587
10.7.6 MICROGRIDS 587
ANHANG A DYNAMIK UND REGELUNGSTECHNIK (PROF. DR.-ING. VALENTIN CRASTAN)
589
A.L DARSTELLUNG LINEARER SYSTEME 589
A.2 STABILITAET 591
A.3 KOPPLUNG LINEARER TEILSYSTEME 592
A.4 MODALE ANALYSE 593
A.4.1 MODALE ZERLEGUNG 593
A.4.2 MODALE REDUKTION 594
A.5 NETZDARSTELLUNG FUER HOEHERE FREQUENZEN 595
A.6 ELEMENTARE LINEARE REGELUNGSTECHNIK 597
A.6.1 VORGABE DES STELLVERHALTENS 598
A.6.2 SYNTHESE IM FREQUENZBEREICH 599
ANHANG B BERECHNUNG DER BLINDLEISTUNGEN IM RAHMEN DER LINEAREN ANALYSE
VON MEHRMASCHINENSYSTEMEN (PROF. DR.-ING. VALENTIN CRASTAN) 603
B.L BLINDLEISTUNGSABGABE DER GENERATOREN 603
B.2 LINEARE ANALYSE DES MEHRMASCHINENSYSTEMS 604
ANHANG C OPTIMIERUNG (PROF. DR.-ING. VALENTIN CRASTAN) 607 C.L
LAGRANGE-VERFAHREN 607
C.2 OPTIMALER LEISTUNGSFLUSS (OPF) 609
ANHANG D ABKUERZUNGEN (DIPL.-ING. GERHARD BARTAK) 611
SACHVERZEICHNIS 613
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