Entwicklung eines Verfahrens zur dreiphasigen Zustandsschätzung in vermaschten Niederspannungsnetzen:
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| Format: | Thesis Book |
| Language: | German |
| Published: |
Aachen
Shaker Verlag
2018
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| Series: | Forschungsberichte des Lehrstuhls für Energiesysteme und Energiemanagement
4 |
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| Physical Description: | VI, 225 Seiten Illustrationen, Diagramme 21 cm |
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| adam_text | INHALTSVERZEICHNIS
1 EINLEITUNG 1
1.1 HERAUSFORDERUNGEN DES
NIEDERSPANNUNGS-NETZBETRIEBES.................... 1
1.2 ERFASSUNG VON NETZBETRIEBSGROESSEN IN NIEDERSPANNUNGSNETZEN
...........
3
1.3 ZIELSETZUNG UND AUFBAU DER A RB
EIT........................................................ 5
2 GRUNDLAGEN UND STAND DER TECHNIK 7
2.1 AUFBAU UND BETRIEB VON NIEDERSPANNUNGSNETZEN
.................................
7
2.1.1 ALLGEMEINE NETZMERKMALE
..........................................................
7
2.1.2 NETZBETRIEBSMITTEL
........................................................................
7
2.1.2.1 ORTSNETZSTATIONEN
.............................................................
7
2.1.2.2
NIEDERSPANNUNGSLEITUNGEN............................................. 8
2.1.2.3 UEBERSTROM-SCHUTZEINRICHTUNGEN
....................................
9
2.1.2.4 ENDVERSCHLUESSE UND KABELMUFFEN
....................................
9
2.1.2.5
KABELVERTEILERSCHRAENKE.....................................................
10
2.1.2.6 HAUSANSCHLUSSKAESTEN UND H AUPTVERTEILUNGEN
..............
10
2.1.3
NETZTOPOLOGIEN..............................................................................
10
2.1.4 NETZFORM IN
NIEDERSPANNUNGSNETZEN.......................................... 11
2.1.5 CHARAKTERISTIKEN DES N
ETZBETRIEBES............................................. 12
2.1.6 MATHEMATISCHE N ETZNACHBILDUNG
...............................................
13
2.1.6.1 K NOTENADM ITTANZM ATRIX
..................................................
13
2.1.6.2 VEREINFACHTE BESTIMMUNG DER KOMPLEXEN
N ETZKNOTENSPANNUNGEN
..................................................
16
2.1.6.3 VERFAHREN DER SYMMETRISCHEN K OM PONENTEN
.................
17
2.1.6.4 ERSATZSCHALTBILD VON NIEDERSPANNUNGSLEITUNGEN
...........
19
2.1.6.5 MATHEMATISCHE NACHBILDUNG DES G ESAM TNETZES
...........
21
2.2 ERFASSUNG VON NETZBETRIEBSGROESSEN DURCH SMART M ETER
.........................
21
2.2.1 AUFBAU, FUNKTIONSWEISE UND EIGENSCHAFTEN VON SMART METERN . 21
2.2.2 UEBERTRAGUNG VON SMART-METER-MESSDATEN
.................................
22
2.3 GRUNDLAGEN DER ZUSTANDSSCHAETZUNG
..................................................... 23
2.3.1 AUFGABEN DER NETZZUSTANDSSCHAETZUNG
.......................................
23
2.3.2 NETZZUSTANDSSCHAETZUNG ALS OPTIMIERUNGSPROBLEM
...................
24
2.3.3 MESS- UND ERSATZWERTARTEN
..........................................................
25
2.3.4 ARTEN UND EIGENSCHAFTEN VON ZUSTANDSSCHAETZVERFAHREN
...........
26
2.3.4.1 WEIGHTED-LEAST-SQUARE-NORMALFORM...............................
26
2.3.4.2
AUGMENTED-MATRIX-VERFAHREN.......................................... 27
2.3.5 GRUNDLAGEN DER BAD-DATA-ERKENNUNG
.......................................
29
2.4 ENTWICKLUNGSSTAND VON VERTEILNETZ-ZUSTANDSSCHAETZSYSTEMEN
...............
30
2.4.1 ALLGEMEINE ERFASSUNG VON NETZBETRIEBSGROESSEN IN VERTEILNETZEN 30
2.4.2 ZUSTANDSSCHAETZSYSTEME IN MITTELSPANNUNGSNETZEN....................
31
2.4.3 SYSTEME ZUR NETZGROESSENBESTIMMUNG IN NIEDERSPANNUNGSNETZEN 33
3 NETZZUSTANDSSCHAETZKONZEPT AUF BASIS VON SMART-METER-DATEN 35
3.1 ANFORDERUNGEN DER NIEDERSPANNUNGS-NETZZUSTANDSSCHAETZUNG
...........
35
3.2 FESTLEGUNG UND GENAUIGKEIT DER SYSTEMAUSGANGSGROESSEN
...................
37
3.2.1 ERGEBNISGROESSEN DER
NETZZUSTANDSSCHAETZUNG............................... 37
3.2.2 PERSPEKTIVISCHE GENAUIGKEIT DER NETZZUSTANDSSCHAETZERGEBNISSE 38
3.2.2.1 ANNAHMEN ZUR ERMITTLUNG DER SCHAETZGENAUIGKEIT .... 38
3.2.2.2 GENAUIGKEIT BEI STOCHASTISCHEN MESSFEHLERN....................
38
3.2.2.3 GENAUIGKEIT BEI SYSTEMATISCHEN MITTELWERTBILDUNGSFEHLERN 40
3.2.2.4 GESAMTGENAUIGKEIT
..........................................................
41
3.3 AUSWAHL VERFUEGBARER SYSTEMEINGANGSGROESSEN
.......................................
42
3.4 ENTWICKLUNG EINES MESSKONZEPTES
........................................................ 44
3.5 GRUNDPROZESS DES NETZZUSTANDSSCHAETZSYSTEMS
....................................
47
4 VORVERARBEITUNG DER SYSTEMEINGANGSDATEN 49
4.1 PLAUSIBILISIERUNG VON MESS- UND PROGNOSEDATEN
.................................
49
4.2 PROZESS ZUR GEWINNUNG VON ERSATZMESSWERTEN
....................................
50
4.2.1 GRUNDLAGEN DER ERSATZMESSWERTE
...............................................
50
4.2.2 ERSATZMESSWERTE FUER ORTSNETZSTATIONEN......................... 50
4.2.3 ERSATZMESSWERTE FUER PHOTOVOLTAIKANLAGEN
.................................
51
4.2.3.1 ALLGEMEINER PROZESS DER ERSATZMESSWERTERMITTLUNG . . . 51
4.2.3.2 BESTIMMUNG DER ZEITLICH MAXIMALEN EINSPEISELEISTUNG . 52
4.2.3.3 BERUECKSICHTIGUNG DER AKTUELLEN WETTERVERHAELTNISSE .... 53
4.2.3.4 NACHBILDUNG DES BLINDLEISTUNGSVERHALTENS VON
ERZEUGUNGSANLAGEN
..........................................................
54
4.2.3.5 BERUECKSICHTIGUNG VON EINSPEISEBEGRENZUNG,
EINSPEISEMANAGEMENT UND SPEICHEREINSATZ.................... 54
4.2.3.6 SPANNUNGS- UND STROMERSATZWERTE VON ERZEUGUNGSANLAGEN 55
4.2.4 ERSATZMESSWERTE FUER
HAUSHALTSLASTEN.......................................... 57
4.2.5 NAEHERUNGSWEISE VORBESTIMMUNG VON SPANNUNGSWINKELN .... 58
4.3
TOPOLOGIEFEHLER-LOKALISIERUNG................................................................
59
4.3.1 TYPEN UND AUSWIRKUNGEN VON TOPOLOGIEFEHLERN
......................
59
4.3.2 BASISMETHODEN ZUR LOKALISIERUNG VON TOPOLOGIEFEHLERN
...........
61
4.3.3 KNOTENSPANNUNGSANALYSE ZUR TOPOLOGIEFEHLER-LOKALISIERUNG . . 62
4.3.3.1 BESCHREIBUNG VON SPANNUNGSBETRAGSDIFFERENZEN
...........
62
4.3.3.2 CHARAKTERISTIKEN VON SPANNUNGSBETRAGSDIFFERENZEN . . . 64
4.3.3.3 UEBERPRUEFUNG GALVANISCHER V ERBINDUNGEN
......................
66
4.3.3.4 GESAMTPROZESS ZUR TOPOLOGIEFEHLER-LOKALISIERUNG .... 68
5 ALGORITHMUS ZUR DREIPHASIGEN NETZZUSTANDSSCHAETZUNG 71
5.1 BEREITSTELLUNG UND STRUKTURIERUNG DER EINGANGSDATEN
.........................
71
5.1.1 SPANNUNGS- UND STROMGROESSEN IN LEITERGROESSEN
.........................
71
5.1.2 EINGANGSGROESSEN IN SYMMETRISCHEN KOMPONENTEN ....................
72
5.2 MATHEMATISCHE BESCHREIBUNG DES
OPTIMIERUNGSPROBLEMS.................... 73
5.2.1 OPTIMIERUNG AUF BASIS DES AUGMENTED-MATRIX-ANSATZES .... 73
5.2.2 AUFBAU DER ELEMENTE BEIM AUGMENTED-MATRIX-ANSATZ
...........
74
5.3 ANALYSE DER NETZBEOBACHTBARKEIT UND ERSATZWERTNUTZUNG
.................
79
5.4 LOESUNG DES LINEAREN
OPTIMIERUNGSPROBLEMS.......................................... 79
5.5 LOKALISIERUNG UND BEHANDLUNG GROB FALSCHER MESSWERTE
...................
80
5.5.1 BESTIMMUNG DER NORMIERTEN RESIDUEN IN LEITERGROESSEN
..............
80
5.5.2 BAD-DATA-DETEKTIONS- UND BEHANDLUNGSPROZESS
.........................
82
5.6 BEREITSTELLUNG DER SYSTEMAUSGANGSDATEN
...............................................
83
5.7 GESAMTPROZESS ZUR
NETZZUSTANDSERMITTLUNG.......................................... 84
6 SIMULATIVE SYSTEMVERIFIKATION 85
6.1 PROZESS DER SIMULATIVEN
SYSTEMVERIFIKATION.......................................... 85
6.2 STRUKTUR UND EIGENSCHAFTEN DES
TESTNETZES............................................. 86
6.3 ALLGEMEINER
TESTDATENSATZ......................................................................
88
6.4 LOKALISIERUNG VON
TOPOLOGIEFEHLERN........................................................
89
6.4.1 TESTSPEZIFIKATION UND SIM ULATIONSDURCHFUEHRUNG
......................
89
6.4.2 TESTERGEBNISSE ZUR TOPOLOGIEFEHLER-LOKALISIERUNG
......................
92
6.4.2.1 ERKENNUNG VON LEITERUNTERBRECHUNGEN
.........................
92
6.4.2.2 LOKALISIERUNG VON LEITERVERTAUSCHUNGEN
......................
95
6.4.3 ERGEBNISBEW
ERTUNG......................................................................
95
6.5 ERMITTLUNG DES N
ETZZUSTANDES................................................................
95
6.5.1 TESTSPEZIFIKATION UND SIM ULATIONSDURCHFUEHRUNG
......................
95
6.5.2 TESTERGEBNISSE UND ERGEBNISBEWERTUNG
.......................................
96
6.6 ERKENNUNG GROB FALSCHER MESSWERTE
..................................................... 97
6.6.1 ALLGEMEINE TESTSPEZIFIKATION UND SIMULATIONSDURCHFUEHRUNG . . 97
6.6.2 BESTIMMUNG VON BAD-DATA-ERKENNUNGSGRENZEN
......................
98
6.6.3 ERKENNUNGSKRITERIUM GROBER STROMGROESSEN-MESSFEHLER
.................
102
6.6.4 EINFLUSS DES NETZZUSTANDS AUF DIE ERKENNUNG GROB FALSCHER
MESSFEHLER
.......................................................................................103
6.6.5 ERKENNUNG VON EIN- UND MEHRFACH GROB FALSCHEN MESSFEHLERN . 105
6.6.6 ERGEBNISBEW
ERTUNG.........................................................................108
7 FUNKTIONSTEST IM REALEN NETZBETRIEB 109
7.1 SYSTEMINTEGRATION UND ALLGEMEINE
TESTZIELE..............................................109
7.2 LOKALISIERUNG VON
TOPOLOGIEFEHLERN...........................................................110
7.2.1 TESTSPEZIFIKATION UND VORGEHENS W E I S E
..........................................110
7.2.2 TESTERGEBNISSE UND ERGEBNISBEWERTUNG
......................
111
7.3 ERMITTLUNG DES NETZZUSTANDS
................................................................... 112
7.3.1 TESTSPEZIFIKATION UND
VORGEHENSWEISE..........................................112
7.3.2 TESTERGEBNISSE UND
ERGEBNISBEWERTUNG..........................................113
7.4 ERKENNUNG GROB FALSCHER MESSWERTE
........................................................114
7.4.1 TESTSPEZIFIKATION UND
VORGEHENSWEISE..........................................114
7.4.2 TESTERGEBNISSE UND
ERGEBNISBEWERTUNG..........................................115
8 ZUSAMMENFASSUNG 117
9 LITERATURVERZEICHNIS 121
10 ABBILDUNGSVERZEICHNIS 133
11 TAB
EILEN VERZEICHNIS
135
12 ABKUERZUNGSVERZEICHNIS 137
13 VERZEICHNIS DER VARIABLEN, INDIZES UND SYMBOLE 139
14 ALLGEMEINER ANHANG 145
14.1 KOMPLEXE STROMGROESSEN IM ZEIGERDIAGRAMM
..........................................145
14.2 LEITUNGSPARAMETER VON
NIEDERSPANNUNGSKABELN...............................147
14.3 MESSGENAUIGKEIT VON SMART M
ETERN..................................................... 148
14.4 ERSATZMESSWERTE FUER ORTSNETZSTATIONEN
...............................................
150
14.5 ZEITLICH MAXIMALE EINSPEISELEISTUNG VON PHOTOVOLTAIKANLAGEN
........
154
14.6 GENAUIGKEIT DER NACHBILDUNG VON
PHOTOVOLTAIKANLAGEN....................159
14.7 NETZVERLUSTE IN TEILVERMASCHTEN
NIEDERSPANNUNGSNETZEN.................164
14.8 STATISTISCHE ANALYSE VON KNOTENSPANNUNGEN
..........................................
165
14.8.1 VERTEILUNG DER
SPANNUNGSBETRAEGE.............................................165
14.8.2 IDEALE KORRELATIONSKOEFFIZIENTEN VON SPANNUNGSBETRAEGEN .... 167
14.9 STROMBETRAGSFEHLER IN SYMMETRISCHEN KOMPONENTEN
.........................
169
14.10 STANDARDABWEICHUNGEN VON RESIDUEN IN SYMMETRISCHEN KOMPONENTEN 171
15 MATHEMATISCHER ANHANG 175
15.1 ERMITTLUNG DER
RESIDUEN-KOVARIANZMATRIX..........................................175
15.2 AUSWIRKUNG VON SPANNUNGSMESSFEHLERN BEI ZWEIGSTROMBERECHNUNGEN 179
15.3 MESSGENAUIGKEITEN VON BERECHNETEN WIRK- UND BLINDSTROMWERTEN . . .
182
15.3.1 EINFUEHRUNG IN DIE PROBLEMATIK
..................................................
182
15.3.2 WIRK- UND BLINDSTROMGENAUIGKEIT BEI LEITERBEZOGENEN
LEISTUNGS- UND SPANNUNGSBETRAGSMESSUNGEN
...............................
182
15.3.3 WIRK- UND BLINDSTROMGENAUIGKEIT BEI AGGREGIERTEN WERTEN
FUER BLINDLEISTUNGSIMPORT UND - E X P O R T
..........................................
186
15.4 ALLGEMEINE BERECHNUNG DES SONNENSTANDES NACH DIN 5034
.................
188
15.5 PHASENVERSCHIEBUNGSWINKEL-FEHLER AUFGRUND VON MESSABWEICHUNGEN 191
15.5.1 MATHEMATISCHE BEZIEHUNGEN FUER
PHASENVERSCHIEBUNGSWINKEL-FEHLER................................................191
15.5.2 PRAKTISCHE WERTE VON PHASENVERSCHIEBUNGSWINKEL-FEHLERN . . . 195
15.6 MESSGENAUIGKEITEN-TRANSFORMATION IN SYMMETRISCHE KOMPONENTEN . .
196
15.6.1 EINFUEHRUNG IN DIE
PROBLEMATIK........................................................196
15.6.2 MESSGENAUIGKEITEN IM M ITSYSTEM
..................................................
197
15.6.3 MESSGENAUIGKEITEN IM G EGENSYSTEM
.............................................198
15.6.4 MESSGENAUIGKEITEN IM N U LLSY STE M
................................................199
15.7 VERFAHREN ZUR STROMBETRAGS-LINEARISIERUNG
.......................................
200
15.8 MATHEMATISCHE HERLEITUNG DER MESSMODELLMATRIZEN
.........................
202
15.8.1 G
RUNDLAGEN.................................................................................202
15.8.2 MESSMODELLMATRIZEN FUER SPANNUNGSBETRAGSMESSUNGEN
........
203
15.8.3 MESSMODELLMATRIZEN FUER WIRK- UND BLINDSTROMMESSUNGEN . . . 204
15.8.4 MESSMODELLMATRIZEN FUER STROMBETRAGSMESSUNGEN
....................
205
15.9 RUECKTRANSFORMATION NORMIERTER RESIDUEN IN LEITERGROESSEN
...................
207
16 ANHANG ZUR SIMULATIVEN SYSTEMVALIDIERUNG 209
16.1 VALIDIERUNG DER LEITERUNTERBRECHUNGS-ERKENNUNG
.................................
209
16.2 ERMITTLUNG DER GUETE DER NETZZUSTANDSSCHAETZUNG
....................................
212
16.3 TEST DER ERKENNUNG GROB FALSCHER M
ESSFEHLER..........................................214
17 ENGLISH SUMMARY 221
18 LEBENSLAUF 225
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