Potenzial und Auswirkung von Blindleistungsbereitstellung durch flexible Industrieanlagen in Verteilnetzen

Bedingt durch die Veränderungen der Zusammensetzung der Stromerzeugung in Deutschland verändern sich die Rollen der einzelnen Netzebenen. Insbesondere durch die Aufgabe, Leistung über immer größere Entfernungen zu transportieren, ergeben sich neue Herausforderungen vor allem in Hinsicht auf die Spannungshaltung in höheren Spannungsebenen. Durch den Wegfall der großen, mit fossilen Brennstoffen betriebenen Kraftwerksblöcke verschärft sich diese Situation weiter, da bisher ein Großteil der benötigten Blindleistung von diesen Kraftwerken bezogen werden konnte. Die Frage, wie die benötigte Blindleistung in Zukunft bereitgestellt werden kann, hat daher eine immer größere Bedeutung.

Eine mögliche neue Quelle für diese Blindleistung können flexible Industrieverbraucher sein. Diese sind durch ihren hohen Anteil an Umrichterlasten dazu in der Lage, ihren Blindleistungsbezug in großem Maße anzupassen und somit diese als Dienstleistung für das elektrische Netz zur Verfügung zu stellen. Das Ziel dieser Arbeit ist es daher, zu untersuchen, in welchem Umfang flexible Industrielasten Blindleistung unter Einhaltung von vorgegebenen Grenzwerten in Hinsicht auf Betriebsmittelauslastung und Spannungsbändern bereitstellen können und welche Rückwirkungen sich auf den Netzbetrieb ergeben.

Hierzu wird zunächst aufgezeigt, wie flexible Industrieverbraucher nachgebildet werden können und welches Potenzial zur Anpassung des Blindleistungsbezuges diese aufweisen. Auf Basis dieses Modells wird für zwei Netztopologien untersucht, in welchem Umfang Blindleistung von diesen flexiblen Industrielasten bereitgestellt werden kann. Die Bewertung erfolgt hierbei unter Verwendung eines heuristischen Optimierers und berücksichtigt unterschiedliche Anwendungsgebiete der so bereitgestellten Blindleistung.

Auf Basis der Ergebnisse für beide Netztopologien werden abschließend die begrenzenden Faktoren für die Blindleistungsbereitstellung durch flexible Industrielasten ermittelt. Außerdem wird bewertet, inwieweit es möglich ist, diese Erkenntnisse auf andere Topologien zu übertragen.

Due to the changes in the structure of electricity generation in Germany, the roles of the individual grid levels are changing. In particular, the task of transporting energies over ever greater distances presents new challenges, especially with regard to voltage control at higher voltage levels. This situation is further aggravated by the elimination of the large fossil fuel-fired power plants, since up to now a large part of the reactive power required could be obtained from these power plants. The question of how the required reactive power can be provided in the future is therefore becoming increasingly important.

A possible new source for this reactive power can be flexible industrial consumers. Due to their high share of converter loads, they are able to adapt their reactive power supply to a large extent and thus provide this as a service for the electrical network. The aim of this dissertation is therefore to investigate the extent to which flexible industrial loads can provide reactive power in compliance with specified limits in terms of equipment utilization and voltage bands, and what effects this has on grid operation.

To this end, it is first shown how flexible industrial consumers can be modeled and what potential they have for adapting the reactive power supply. Based on this model, the extent to which reactive power can be provided by these flexible industrial loads is investigated for two network topologies. The investigation is carried out using a heuristic optimizer and takes into account different uses of the reactive power thus provided.

Based on the results of these investigations for both network topologies, the limiting factors for the provision of reactive power by flexible industrial loads are determined and evaluated to what extent it is possible to transfer these findings to other topologies.