AP 2.1 – Echtzeitfähige Verbundbildung für die Bereitstellung von Systemdienstleistungen

Zielsetzung

In Teilprojekt 2 werden Methoden für eine garantierte Bereitstellung netzstützender Systemdienstleistungen in Echtzeit und auf Basis dezentraler prognoseunsicherer Erzeuger und Verbraucher entwickelt und experimentell erprobt. Im Gegensatz zur dezentral koordinierten Wirkleistungsbereitstellung in Teilprojekt 1 werden diese koordinierten agentenbasierten Verbünde zunächst nur gebildet, um bestimmte Leistungsreserven lokal und unter Berücksichtigung lokaler Bezüge vorzuhalten. Die Bereitstellung notwendiger netzstützender Leistungsbeiträge erfolgt autonom.

Für garantierte Reaktionen in kürzesten Zeitbereichen findet die Aktivierung von Systemdienstleistungen zunächst kommunikationslos und unkoordiniert auf Basis lokal beobachtbarer Betriebsgrößen statt. Im Anschluss daran werden die koordinierten Verbünde „überplant“, d.h. dass die inhärent suboptimal (unter Vernachlässigung aktueller Netzzustände, Versorgungs- und Marktsituationen) aktivierten Leistungsreserven optimiert abgelöst werden. Wesentliche Herausforderung in diesem Arbeitspaket ist die Entwicklung von selbstorganisierten Aggregationsmodellen und -mechanismen mit vorab bestimmbaren maximalen Ausführungszeiten, um die erforderlichen Zuverlässigkeiten mit stochastischen Erzeugern und Verbrauchern in Echtzeit realisieren zu können.

Methodik

In diesem Arbeitspaket werden existierende Verfahren zur Bereitstellung von Systemdienstleistungen (SDL) analysiert und Anforderungen hinsichtlich Zuverlässigkeit, Deterministik und Echtzeitverhalten dokumentiert. Auf dieser Basis wird ein generisches Anlagenmodell erarbeitet, welches SDL-fähige Erzeuger und Verbraucher anhand verfügbarer Wirk- und Blindleistungsreserven sowie der Reaktionszeiten ihrer jeweiligen Regelstrecken modelliert und somit einen Abstraktionsniveau bietet, auf dem sich alle in TP2 relevanten SDL darstellen lassen. Ein Anlagenverbund zur Vorhaltung von SDL durch eine Menge dezentraler Anlagen soll eine optimale Auswahl und Konfiguration von SDL-fähigen Anlagen darstellen. Das zugrunde liegende nichtlineare Optimierungsproblem wird auf Basis der verwendeten Anlagenmodellierung formalisiert. Für eine erste Realisierung dieser Einsatzplanung wird das zugrunde liegende Optimierungsproblem der Verbundbildung zunächst zentral gelöst (zum Einsatz kommt hier IBM ILOG CPLEX) und in den darauffolgenden Arbeitsschritten in enger Zusammenarbeit mit AP 1.2 ein verteiltes Lösungsverfahren überführt, dessen Güte gegen die zentrale evaluiert werden kann.

Exemplary Optimization with IBM ILOG CPLEX

Abbildung 1: Exemplary Optimization with IBM ILOG CPLEX

Ergebnisse

Im Rahmen dieses Arbeitspakets wurde ein Einsatzplanungsverfahren entwickelt, das dezentrale leistungselektronisch angebundene (Umrichter) Anlagen auf Basis ökonomischer Randbedingungen für eine verteilte Erbringung von Primärregelleistung (PRL) parametriert. Die zugrunde liegende Optimierung berücksichtigt dabei die Grenzkosten einer Anlage, die Bereitstellungszeit sowie die minimale Zuverlässigkeit, mit der die erforderlichen Leistungsreserven vorgehalten werden müssen (s. Abb. 1). Das Verfahren wurde in umfangreichen Simulationen in seinem Einsatz in Nieder- und Mittelspannungsnetzen simulativ evaluiert. Ein zentrales Ergebnis dieser Untersuchungen ist, dass derartig optimierte (und präqualifizierbare) Verbünde schwingungsfähig sind und u.U. instabil sein können (s. Abb. 2). Die derzeitigen Arbeiten konzentrieren sich daher auf eine integrierte Optimierung der Dämpfung innerhalb des Verbundes bei einer (wirtschaftlich optimierten) dezentralen reglerbasierten frequenzabhängigen Bereitstellung von Leistungsreserven (PRL).

Bild 2

Abbildung 2:

Publikationen

Ansprechpartner

Jun.-Prof. Dr. Sebastian Lehnhoff
lehnhoff@offis.de