Anzeige von Entwurf eines Testbetts für Assistenzsysteme in der Netz- und Systemführung

The various functions of the communication partners (control room, interface and simulation environment) are illustrated. The connection setup, the data exchange and the setup of the subsequently used assistance system are also part of this work step.

Motivation

Auf der Eingabeebene können vielfältige Informationen ausgelesen werden, wodurch eine vielseitige und umfassende Grundlage für die Simulation geschaffen wird. Die JAVA-Schnittstelle nach IEC-Standard ist ein Schlüsselelement des gesamten Steuerungssystems und befindet sich in der Netzwerksimulationsschicht.

Ansatz und Alleinstellungsmerkmale dieser Arbeit

Andererseits verfolgen Assistenzsysteme im Produktionsbereich das primäre Ziel, bestehende Produktionsprozesse zu optimieren. Leitwarte, die in Aufbau und Funktionalität einer echten Leitwarte entspricht, eigenständig programmierte, direkte und standardkonforme Kommunikationsschnittstelle zwischen der Simulationssoftware (MATLAB) und dem selbst entwickelten Hilfesystem.

Aufbau der Arbeit

In der Anwendungskategorie liegt der Schwerpunkt vor allem auf Systemen, die Lehrkräfte oder behinderte Mitarbeiter bei ihrer Tätigkeit unterstützen. Im Folgenden werden Aufbau, Funktion und Einsatz in der Energieverteilung besprochen.

Allgemeiner Aufbau und Funktion einer Leitwarte

Grundlage für eine normkonforme Kommunikation

Aufbau der Telegramme und der Kommunikationsstruktur

Im vorliegenden Fall werden sowohl die Struktur als auch der Inhalt der Application Protocol Data Unit (APDU) definiert. Es entspricht einer Kombination aus Application Protocol Control Information (APCI) und Application Service Data Unit (ASDU).

Assistenzsystem

Um die in der Einleitung beschriebene zunehmende Dynamik und Fragmentierung besser bewältigen zu können, ist eine Teilautomatisierung im Netzwerkmanagement notwendig. Konkrete Beispiele für die Umsetzung einzelner Stufen im Netzbetrieb sind in der folgenden Tabelle zusammengefasst [22].

Kommunikationspartner und Aufgabenbereiche

Durch die Speicherung der von der Zentrale übermittelten Daten kann die MATLAB-Umgebung bei Kommunikationsausfällen oder Zeitverzögerungen den nachfolgenden Kommunikationsfluss erhalten und im schlimmsten Fall wieder wiederherstellen. Direkt über MATLAB können Visualisierungselemente geändert und ein Steuerbefehl an der Zentrale aktiviert werden.

Verbindungsaufbau und Datenaustausch

Das Java-Tool ist in die Unterstation eingebettet und benötigt keine kommunikationsspezifischen Parameter, sodass es völlig unabhängig arbeitet. Die Übertragung übernimmt das Java-Tool, wobei es grundsätzlich darauf ankommt, dass die jeweiligen Telegrammstrukturen dem Standard entsprechen und der zuvor definierte Übertragungszyklus eingehalten wird. Bei einer fehlerfreien Übertragung werden alle Messwerte alle 3 Sekunden von MATLAB über das Java-Tool an die Zentrale gesendet.

Gleichzeitig fungiert das Java-Tool nicht mehr als reiner Server, da es Werte ohne Client-Anfrage sendet. Um eine Überschneidung der Schaltpositionen zu vermeiden, werden alle von der Zentralstation an die Unterstation gesendeten Schaltbefehle in einer FIFO-Liste gespeichert.

Beschreibung des Assistenzsystems im Testbett

Um möglichst effizient agieren zu können, ist es notwendig zu wissen, wo im Netz der Engpass liegt und welches Kraftwerk diesen Engpass in welchem ​​Ausmaß beeinflussen kann. Das bedeutet, dass nach Durchlaufen der Lastflussberechnung und der Sensitivitätsanalyse die Netzauslastung, die entsprechenden Reserven und der Einfluss der möglichen Maßnahmen auf den Engpass bekannt sind. Nach der Erstellung der nummerierten Liste der einzelnen Kraftwerke werden diese Informationen in eine Matrix übertragen und dann dem Algorithmus des Assistenzsystems zur Verfügung gestellt.

Anhand dieser Informationen (um welches Kraftwerk handelt es sich und wie groß ist der Unterschied?) und der Reihenfolge auf der erstellten Liste wird das optimale Kraftwerkspaar ausgewählt und der Engpass beseitigt. Der allgemeinen Übersichtlichkeit halber wird zunächst auf den vorherigen Reshipment eingegangen und anschließend dieser mit dem Reshipment 2.0 verglichen und gegenübergestellt.

Redispatch

Das mathematische Modell für eine Optimierung mithilfe der Power-Flow-Decomposition-Methode rundet den Einführungsteil ab. Bei der Umsetzung der Weiterverbreitung muss zwischen der Weiterverbreitung innerhalb der Regelzone und der Weiterverbreitung über Regelzonen hinweg unterschieden werden. Diese Unterscheidung hängt mit der Lage der jeweiligen Kraftwerke zusammen, die zur Weiterverbreitung angesprochen werden. Um das bestmögliche Ergebnis zu erhalten, ist es sinnvoll, die Empfindlichkeit der Retransmission-Maßnahmen für jeden Knoten zu berechnen.

Die entsprechenden Vergütungen für die durchgeführten Rückführungsmaßnahmen sind im Beschluss BK8-18-0007-A gesetzlich verankert und daher auch klar definiert [32]. Abbildung 14 zeigt die Summe der Umverteilungsmaßnahmen in GWh/a und die daraus resultierenden Kosten in Millionen

Redispatch 2.0

Im Gegensatz dazu sind auch die VNB mit Redispatch 2.0 zuständig, sodass alle Anlagen ab 100 kW angesprochen werden. Darüber hinaus sind erneuerbare Energien seit Inkrafttreten von Redispatch 2.0 keine Ausnahme mehr, sondern ein wichtiger Bestandteil von Redispatch-Initiativen. Mit Redispatch 2.0 beteiligen sich die VNB erstmals aktiv an den Redispatch-Initiativen, was auch Aufgaben, Verantwortlichkeiten und Pflichten mit sich bringt.

Mit Inkrafttreten des Redispatch 2.0 übernehmen die Übertragungsnetzbetreiber die technische und wirtschaftliche Verantwortung. Mit Redispatch 2.0 werden den Anlagenbetreibern zudem mehr Aufgaben übertragen, die in ihren Verantwortungsbereich fallen.

Lastflussberechnung

Darüber hinaus ist für die Berechnung der Einzelabrechnungen zwischen volatilen und nichtflüchtigen Anlagen zu unterscheiden. Zur Bestimmung der Knotenleistung sK kann dann die Differenz zwischen der berechneten Leistung sK,ber und der angelegten Leistung sK,actual ermittelt werden. Diese Formel lässt sich unter Berücksichtigung der Jacobi-Matrix J und der Potenzdifferenz s vereinfacht durch Gleichung 18 darstellen.

Bei der Programmierung muss zwischen verschiedenen Knotentypen (z. B. PU-Knoten und Slack-Knoten) unterschieden werden. Diese Klassifizierung der einzelnen Knoten muss an die entsprechende Programmierung übergeben werden, da der Knotentyp für die nachfolgenden Berechnungen entscheidend ist.

Sensitivitätsanalyse

Durch Vervollständigung der folgenden Gleichung tritt das Abbruchkriterium in Kraft und der Algorithmus ist vollständig. YQ kann aus der Knotenadmittanzmatrix YK,K und den Elementen der Knotenadmittanzmatrix ohne Querverbindungen YK,K,S berechnet werden. Aus dem Spannungsvektor uK,L,B lassen sich die aus dem betrachteten Last-Generator-Paar resultierenden Klemmenströme berechnen.

Die Wirkleistungsübertragung Ptrans dieser Leitung ergibt sich aus der Information über die vorzeichenbehaftete Wirkleistung an den Klemmen A und B der einzelnen Betriebsmittel, mit der Zählrichtung von A nach B. Um eine Aussage über die Empfindlichkeit treffen zu können, werden die berechneten Ptrans dividiert werden muss, ist durch die Summe der Leistungsaufnahme des jeweiligen Betriebsmittels (z. B. Leitung oder Generator).

Bestimmung der zur Verfügung stehenden Ausfallarbeit

Zur Berechnung des Arbeitsausfalls wird das Produkt der jeweiligen Leistung mit einer Viertelstunde gebildet. Für die Berechnungen bei Teilabrechnung muss zunächst die theoretisch verfügbare Leistung zum Zeitpunkt i ermittelt werden. Mit Hilfe dieses Dienstes kann der Arbeitsausfall ähnlich wie bei der Pauschalberechnung ermittelt werden.

Fallbeispiele

Berechnung des Szenarios

Der Programmablaufplan ist in Abbildung 11 zu sehen, der detaillierte Ablauf des Assistenzsystems wird in diesem Unterkapitel beschrieben. Zunächst werden alle Festgrößen sowie Erzeugungs- und Lastprofile in den Block „Dateneingabe“ eingelesen (siehe Abbildung 11). Es wird ausgewertet, ob die berechneten Werte im vorgegebenen Bereich liegen oder eine Grenzwertverletzung vorliegt.

Im Falle einer Ablehnung wird eine neue Handlungsoption ausgegeben, die erneut bestätigt oder abgelehnt werden kann. Die berechneten Vorschläge werden akzeptiert und der bestehende Engpass beseitigt, sodass das Netzwerk in einem stabilen Zustand bleibt.

Ablauf des Assistenzsystems anhand des 6-Knotennetzes

Es ist deutlich zu erkennen, dass die Versorgung direkt von der Temperaturdifferenz zwischen Boden und Luft abhängt. Wie aus Tabelle 6 ersichtlich ist, befindet sich Linie 4 am häufigsten in einem kritischen Zustand. Ein Vergleich aller Linien zeigt, dass die Summe der Engpässe im September am größten ist.

Folglich wird im „expliziten Beispiel“ ein Zeitschritt ausgewertet, in dem sich auch Zeile 4 in einem kritischen Zustand befindet. Zum aktuellen Zeitpunkt befindet sich Zeile 4 in einem kritischen Zustand, die übrigen Zeilen liegen im zulässigen Wertebereich.

Ergebnisse

Diese tabellarische Übersicht entspricht der Dokumentation des Assistenzsystems und wird bei jeder Korrektur automatisch erstellt und gespeichert.

Auswertung und kritische Betrachtung

Die Umverteilung von Lastflüssen durch Umverteilung unterliegt engen physikalischen Grenzen und kann nicht unbegrenzt ausgedehnt werden. Die tatsächliche Bearbeitungszeit ermöglicht eine Beurteilung der von einer Behinderung betroffenen Strecke, eine Berechnung von Korrekturen und eine notwendige Umsetzung der vorgeschlagenen Gegenmaßnahmen in Echtzeit innerhalb eines Viertelstundennetzes. Dadurch ist eine Einbindung in größere und komplexere Netzwerke und Szenarien problemlos möglich.

Als Grundlage für die Simulationen dienten sowohl frei zugängliche Netzdaten als auch selbst erstellte Einspeiseprofile für Windenergie und Photovoltaikzellen. Die dunkelblauen Komponenten entsprechen Lasten und verschiedenen Anlagentypen, einschließlich der erneuerbaren Energiequellen des 110-kV-Netzes.

Aufbau des Szenarios

Dieser Zeitraum liegt vor Sonnenaufgang, was bedeutet, dass die Sonneneinstrahlung im ersten Abschnitt Null ist und die gesamte Versorgung somit ausschließlich aus den installierten Windkraftanlagen besteht. Die Einspeisung wird erwartungsgemäß stark von den Solarparks beeinflusst und erreicht deutlich ihren Höhepunkt. Diese Sturmfront nimmt im Laufe des Nachmittags weiter zu, so dass um 17:30 Es werden systeminterne Warnungen ausgegeben und Gegenmaßnahmen müssen eingeleitet werden.

Der netzkritische Teil des Szenarios und der Ausgangspunkt für das Assistenzsystem liegt somit am Nachmittag. Am frühen Abend sind die Abschnitte zwischen Güstrow-Parchim, Parchim-Wolmirstedt, Perleberg-Stendal, Güstrow-Stendal und Stendal-Wolmirstedt sehr starken Belastungen ausgesetzt.

Gegenüberstellung der Vorgehensweisen

Kapitel 4.6.2.2 beschreibt, wie im gewählten Szenario vorzugehen ist, um die aufgetretene Überlastung zu beseitigen. In der aktuellen Simulation weiß der Nutzer auch, dass der Stau durch die starke Einspeisung aus dem Güstrower Bahnhof verursacht wird. Darüber hinaus sind in der Grafik eingerahmte Zahlen zu sehen, die die entsprechenden Gegenmaßnahmen kennzeichnen.

Die in den Angebotsprofilen genannten Abschnitte, die in Abbildung 32 zu sehen sind, wurden bereits in Unterabschnitt 4.6.2.1 definiert. Im teilautomatisierten Betrieb wird dieser kritische Betriebspunkt nicht erreicht, da die Systemgrenzen so eingestellt sind, dass das System erst kurz vor der Warnung reagiert.

Auswertung und kritische Betrachtung

Im halbautomatischen Betrieb ist dies nicht möglich, da die Leistung nur um den maximal notwendigen Betrag korrigiert wird. Die Schnittstelle ermöglicht eine bidirektionale, standardkonforme Kommunikation zwischen dem Simulationstool und der Leitwarte. Eine Erweiterung des Verteilnetzes Sachsen-Anhalt wäre technisch möglich, wenn die Netztopologie und relevante Geräteinformationen zur Berechnung des Lastflusses bekannt wären.

Verfügbar: https://www.bundesregierung.de/breg-de/themen/energiewende/energie-erzeugen/ausstieg-aus-der-kernkraft-394280. 13] Beuth, Fernwirkgeräte und -systeme, Teil 5; Rundfunkprotokolle, Abschnitt 4; Definition und Codierung von Informationselementen der Anwendungsschicht, IEC, 1993.