Verfügbarkeit: Konzeption eines Spannungs- und Wirkleistungsreglers für vermaschte Niederspannungsnetze

Konzeption eines Spannungs- und Wirkleistungsreglers für vermaschte Niederspannungsnetze:

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Bibliographische Detailangaben
1. Verfasser:	Lang, Stefan 1983- (VerfasserIn)
Format:	Abschlussarbeit Buch
Sprache:	German
Veröffentlicht:	Düren Shaker Verlag 2019
Schriftenreihe:	Forschungsberichte des Lehrstuhls für Energiesysteme und Energiemanagement Band 6
Schlagworte:	Niederspannungsnetz Thermische Belastung Spannungsregelung Wirkleistungsregelung Vermaschtes Netz Stromregelung Lastverteilung > Energietechnik Dezentrale Elektrizitätserzeugung Effizienz Netzbelastung Hochschulschrift
Online-Zugang:	Inhaltsverzeichnis Inhaltsverzeichnis Inhaltsverzeichnis
Beschreibung:	VI, 179 Seiten Illustrationen, Diagramme
ISBN:	9783844066968

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adam_text	I INHALTSVERZEICHNIS 1 EINLEITUNG 1 1.1 HERAUSFORDERUNGEN FUER ZUKUENFTIGE NIEDERSPANNUNGSNETZE ................... 1 1.2 ZIELE UND AUFBAU DER ARBEIT .................................................................. 4 2 GRUNDLAGEN NIEDERSPANNUNGSNETZE 5 2.1 AUFBAU UND BETRIEBSMITTEL VON NIEDERSPANNUNGSNETZEN ...................... 5 2.1.1 NETZTOPOLOGIEN ............................................................................. 5 2.1.2 BETRIEBSMITTEL ................................................................................ 7 2.1.2.1 ORTSNETZSTATION MIT TRANSFORMATOR ................................ 7 2.1.2.2 KABEL UND FREILEITUNG ...................................................... 7 2.1.2.3 KABELVERTEILERSCHRAENKE ................................................... 10 2.1.2.4 SCHUTZ ............................................................................. 10 2.1.3 HAUSHALTSLASTEN ............................................................................. 12 2.1.4 ELEKTROFAHRZEUGE ........................................................................... 14 2.1.4.1 BESTAND AN FAHRZEUGEN .................................................. 14 2.1.4.2 LADEINFRASTRUKTUR IM PRIVATBEREICH ................................ 14 2.1.5 DEZENTRALE ERZEUGUNGSANLAGEN .................................................... 15 2.2 GRENZWERTE FUER NIEDERSPANNUNGSNETZE .................................................. 17 2.2.1 MERKMALE DER SPANNUNG IN OEFFENTLICHEN ELEKTRIZITAETSVERSORGUNGSNETZEN .................................................... 17 2.2.2 THERMISCHE BELASTUNG VON LEITUNGEN UND KABELN ....................... 19 2.2.2.1 GRENZEN DER ZULAESSIGEN THERMISCHEN BELASTBARKEIT ... 19 2.2.2.2 BESTIMMUNG DES THERMISCHEN ZEITVERHALTENS .............. 20 2.3 MASSNAHMEN ZUR EINHALTUNG DER GRENZWERTE ......................................... 22 2.3.1 ETABLIERTE MASSNAHMEN .................................................................. 22 2.3.2 TOPOLOGIEAENDERUNG ZUR EINHALTUNG DER GRENZWERTE ................... 23 2.3.2.1 TOPOLOGIEAENDERUNG ZU RINGNETZ ODER VERMASCHTEM NETZ 23 23.2.2 INHOMOGENE NETZAUSLASTUNG ......................................... 24 3 ENTWURF EINES REGLERS ZUR SPANNUNGS- UND WIRKLEISTUNGSREGELUNG 25 3.1 KONZEPT .................................................................................................... 25 II INHALTSVERZEICHNIS 3.2 OPTIMALE STEUERSPANNUNG ZUR WIRKLEISTUNGSREGELUNG ............................ 26 3.2.1 RINGNETZ MIT EINER LAST ................................................................... 26 3.2.2 RINGNETZ MIT MEHREREN LASTEN ..................................................... 28 3.2.3 RINGNETZE MIT BELIEBIGER ANZAHL AN LASTEN ................................. 30 3.2.4 STROMBETRAGSREGELUNG MITTELS STEUERSPANNUNG ............................ 32 3.2.5 NETZE MIT VERMASCHTER TOPOLOGIE .................................................. 34 3.2.6 SPANNUNGSREGELUNG ........................................................................ 35 3.2.7 LEISTUNGSREGELUNG ........................................................................... 39 3.3 AUTOMATISCHE BESTIMMUNG DER MASCHENIMPEDANZ ............................... 40 3.4 SCHALTUNGSDESIGN DES REGLERS ................................................................... 42 3.4.1 GRUNDLAGEN DER STEUERSPANNUNGSERZEUGUNG ............................... 42 3.4.2 STUFENWEITE UND -ANZAHL ................................................................ 45 3.4.3 REALISIERUNG DER STEUERSPANNUNGSBETRAGSSTUFEN ......................... 46 3.4.4 REALISIERUNG DER STEUERSPANNUNGSWINKEL .................................... 48 3.4.5 ABWEICHUNG DURCH WINKEL-DISKRETISIERUNG ................................. 49 3.5 VERLUSTLEISTUNG BEI REGLER-EINSATZ .......................................................... 52 3.5.1 VERLUSTLEISTUNG DES REGLERS .......................................................... 52 3.5.2 NETZVERLUSTE BEI REGLER-EINSATZ ..................................................... 53 4 REGELKONZEPTE MITTELS KENNLINIENVERFAHREN 55 4.1 ANALYTISCH BESTIMMBARE REGELZIELE ZUR STROMBETRAGSREGELUNG IN RINGNETZEN ................................................................................................. 55 4.2 KENNLINIENVERFAHREN FUER VERMASCHTE TOPOLOGIEN .................................... 57 4.2.1 KONZEPT ......................................................................................... 57 4.2.2 ERZEUGUNG VON KENNLINIEN .......................................................... 58 4.2.3 KONTINUIERLICHE ANPASSUNG DER KENNLINIE ............................. 61 4.2.4 REGELKONZEPT ZUR SOLLWERTREGELUNG ........................................ 62 4.2.5 REGELKONZEPT ZUR GRENZWERTREGELUNG AN EINEM MESSPUNKT ... 63 4.2.6 REGELKONZEPT ZUR GRENZWERTREGELUNG AN MEHREREN MESSPUNKTEN 64 4.2.7 REGELKONZEPT FUER KOMBINIERTE SOLL- UND GRENZWERTREGELUNG ... 66 4.3 IMPLEMENTIERUNG DER REGELKONZEPTE ........................................................ 67 4.4 MESSDATENERFASSUNG UND -UEBERTRAGUNG .................................................. 69 4.4.1 MESSDATENERFASSUNG ...................................................................... 69 4.4.2 MESSDATENUEBERTRAGUNG ............................................................ 70 4.5 PLATZIERUNGSSTRATEGIE FUER EINEN SPANNUNGS- UND WIRKLEISTUNGSREGLER . . 71 4.5.1 PLATZIERUNGSVARIANTEN .............................................................. 71 INHALTSVERZEICHNIS III 4.5.2 BAULICHE ANFORDERUNGEN 73 4.5.3 PLATZIERUNG DER MESSTECHNIK 74 4.6 DIMENSIONIERUNG UND PARAMETRIERUNG DES REGLERS 74 4.6.1 DIMENSIONIERUNG DES REGLERS 74 4.6.2 PARAMETRIERUNG DER REGELKONZEPTE 75 4.6.2.1 SOLLWERTREGELUNG 75 4.6.2.2 GRENZWERTREGELUNG AN EINEM MESSPUNKT 76 4.6.2.3 GRENZWERTREGELUNG AN MEHREREN MESSPUNKTEN 77 4.6.2.4 KOMBINIERTE SOLL- UND GRENZWERTREGELUNG 77 4.6.2.5 KOMBINIERTE SPANNUNGS- UND STROM-REGELUNG 77 4.7 TOPOLOGIEFEHLERERKENNUNG 4.7.1 GRUNDLAGEN TOPOLOGIEFEHLER 4.7.2 DETEKTION MITTELS MASCHENIMPEDANZ-AUSWERTUNG . . 4.7.2.1 TOPOLOGIEFEHLERINDIKATOR 4.7.2.2 SIMULATION ZUR TOPOLOGIEFEHLERERKENNUNG . 4.7.3 DETEKTION MITTELS MESSTECHNIK 4.8 RUECKFALLEBENE FUER KOMMUNIKATIONSUNTERBRECHUNGEN .... 4.8.1 AUSWIRKUNGEN FEHLENDER MESSDATEN 4.8.2 KONVENTIONELLE RUECKFALLEBENE 5 SIMULATIVE VERIFIKATION DER REGELKONZEPTE 5.1 GRUNDLAGEN DER SIMULATIVEN VERIFIKATION 5.1.1 SIMULATIONSPROZESS 5.1.2 STRUKTUR DES SYNTHETISCHEN TESTNETZES 5.1.3 STRUKTUR DES REALEN TESTNETZES 5.1.4 LASTZEITREIHEN 5.1.4.1 HAUSHALTE UND PHOTOVOLTAIK 5.1.4.2 ELEKTROFAHRZEUGE 5.2 VERIFIKATION DES STEUERSPANNUNGSANSATZES 5.3 VERIFIKATION DER ANALYTISCHEN REGELZIELE 5.3.1 OPTIMALE STEUERSPANNUNG 5.3.2 DISKRETE STEUERSPANNUNG 5.4 VERIFIKATION DES KENNLINIEN-KONZEPTS 5.5 VERIFIKATION DER REGELKONZEPTE MITTELS KENNLINIENVERFAHREN 5.5.1 REFERENZWERT-SIMULATION O O O D V D K D O O O O O O O O O O O O O O O O Q O O O O O O O O C N S N N N U 1 U 1 N ) N ) 0 0 D 0 ^ 0 ^ 0 UE 1 UE 1 U 1 B J N N J M O O O O C O N N IV INHALTSVERZEICHNIS 5.5.2 SOLLWERTREGELUNG ........................................................................... 96 5.5.2.1 STROMSOLLWERT ................................................................. 96 5.5.2.2 SPANNUNGSSOLLWERT ......................................................... 97 5.5.3 GRENZWERTREGELUNG AN EINEM MESSPUNKT ..................................... 97 5.5.3.1 STROMGRENZWERT ............................................................... 97 5.5.3.2 SPANNUNGSGRENZWERT ..................................................... 98 5.5.4 GRENZWERTREGELUNG AN MEHREREN MESSPUNKTEN ............................... 100 5.5.5 KOMBINIERTE SOLL- UND GRENZWERTREGELUNG .................................... 100 5.5.5.1 STROM SOLL- UND GRENZWERT ............................................... 100 5.5.5.2 STROM- UND SPANNUNGSGRENZWERT .................................... 101 5.6 BEWERTUNG DER SIMULATIONSERGEBNISSE ....................................................... 102 6 VERIFIKATION IM LABOR- UND FELDTEST 105 6.1 FLOW-R-PROTOTYP ......................................................................................... 105 6.2 LABORTEST ....................................................................................................... 106 6.2.1 GRUNDLAGEN DES LABORTESTS ............................................................. 106 6.2.1.1 TESTPROZESS ........................................................................ 106 6.2.1.2 STRUKTUR DES LABORNETZMODELLS ....................................... 106 6.3 VERIFIKATION DER REGELKONZEPTE IM LABORTEST ............................................. 108 6.3.1 REGELKONZEPTE ZUR STROMREGELUNG .................................................. 108 6.3.1.1 SOLL- UND GRENZWERTREGELUNG .......................................... 108 6.3.1.2 REGLER-ZEITVERHALTEN ........................................................... 109 6.3.1.3 REGELUNG ASYMMETRISCHER STROEME .................................... 110 6.3.1.4 GRENZWERTVERLETZUNG AN MEHREREN MESSPUNKTEN .... 111 6.3.1.5 KOMBINIERTE SOLLWERT- UND GRENZWERTREGELUNG ........... 112 6.3.2 REGELKONZEPTE ZUR SPANNUNGSREGELUNG .......................................... 113 6.3.2.1 GRENZWERTREGELUNG .......................................................... 113 6.4 FELDTEST .......................................................................................................... 115 6.4.1 GRUNDLAGEN DES FELDTESTS ................................................................ 115 6.4.2 STRUKTUR DES TESTNETZES ...................................................................... 115 6.5 VERIFIKATION DER REGELKONZEPTE IM FELDTEST ............................................... 116 6.5.1 REFERENZMESSUNG .............................................................................. 116 6.5.2 SOLLWERTREGELUNG .............................................................................. 117 6.5.3 GRENZWERTREGELUNG AN EINEM MESSPUNKT ....................................... 118 6.5.4 GRENZWERTREGELUNG AN MEHREREN MESSPUNKTEN ............................... 118 INHALTSVERZEICHNIS V 6.5.5 KOMBINIERTE SOLL- UND GRENZWERTREGELUNG .................................... 119 6.5.5.1 STROMREGELUNG .................................................................. 119 6.5.5.2 SPANNUNGSREGELUNG .......................................................... 120 6.5.6 REGELUNG MIT REDUZIERTER TRANSFORMATOR-STUFENANZAHL ................. 121 6.6 BEWERTUNG DER LABOR- UND FELDTESTERGEBNISSE .......................................... 122 7 BETRIEBLICHER NUTZEN 125 7.1 GESICHTSPUNKTE ZUR ENTSCHEIDUNGSFINDUNG ............................................... 125 7.2 WIRTSCHAFTLICHE BEWERTUNG ........................................................................... 126 7.2.1 REGULATORISCHE BEWERTUNG ................................................................ 126 7.2.2 FINANZMATHEMATISCHE BESTIMMUNG DER WIRTSCHAFTLICHKEIT .... 126 7.2.3 VERGLEICH EINES SWRS MIT KONVENTIONELLEM NETZAUSBAU .............. 127 7.3 TECHNISCHE BEWERTUNG ................................................................................ 129 8 ZUSAMMENFASSUNG 133 9 LITERATURVERZEICHNIS 137 10 ABBILDUNGSVERZEICHNIS 147 11 TABELLENVERZEICHNIS 151 12 ABKUERZUNGSVERZEICHNIS 152 13 VERZEICHNIS DER VARIABLEN, INDIZES UND SYMBOLE 155 14 ENGLISH SUMMARY 159 15 ANHANG 163 15.1 PRUEFSTAND ...................................................................................................... 163 15.1.1 TOPOLOGIE DER NETZNACHBILDUNG ....................................................... 163 15.1.2 LEITUNGSNACHBILDUNG ........................................................................ 163 15.1.3 INTEGRATION IN SCHALTSCHRAENKE .......................................................... 165 15.1.4 LASTNACHBILDUNG ................................................................................ 165 15.1.5 PV-NACHBILDUNG ................................................................................ 167 15.1.6 MESS- UND KOMMUNIKATIONSTECHNIK ............................................... 169 15.2 SCHALTKREISE DES REGLERS ............................................................................. 170 15.3 ZEIGERDIAGRAMM ........................................................................................... 172 15.4 SIMULATIONS- UND TESTNETZE ........................................................................ 173 VI INHALTSVERZEICHNIS 15.5 KABELTYPEN .................................................................................................... 176 15.6 KOSTEN NETZAUSBAU ...................................................................................... 177 16 LEBENSLAUF 179
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