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Auswirkungen der Energiewende auf die Zuverlässigkeit von Nieder- und Mittelspannungsnetzen / von Fabian Möhrke, M. Sc. Wuppertal, [2021]
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1 Einführung
1.1 Entwicklungen und Herausforderungen in Nieder- und Mittelspannungsnetzen
1.2 Stand der Forschung
1.3 Ziele und Aufbau der Arbeit
2 Planung und Betrieb von Nieder- und Mittelspannungsnetzen
2.1 Aufbau von Nieder- und Mittelspannungsnetzen
2.1.1 Typische Netzstrukturen
2.1.2 Schutz- und Automatisierungstechnik
2.2 Entwicklung von dezentralen Energiewandlungsanlagen, Energiespeichern und flexiblen Lasten
2.2.1 Entwicklung von dezentralen Energiewandlungsanlagen
2.2.2 Entwicklung von Energiespeichern
2.2.3 Entwicklung von flexiblen Lasten
2.2.4 Anforderungen an Nieder- und Mittelspannungsnetze
2.3 Anreizregulierung und Qualitätselement
2.3.1 Begrifflichkeiten
2.3.2 Hintergrund der Anreizregulierung
2.3.3 Regulierungsformel
2.3.4 Qualitätselement
2.4 Entwicklung der Zuverlässigkeit
2.4.1 Entwicklung der Zuverlässigkeitskenngrößen
2.4.2 Einzelstörungen, Störungsursachen und Ausfallorte
2.5 Zielnetzplanung von Nieder- und Mittelspannungsnetzen
2.5.1 Technische Rahmenbedingungen
2.5.2 Lösungsoptionen
2.5.3 Ökonomische Bewertung
2.6 Zuverlässigkeitsanalysen von Nieder- und Mittelspannungsnetzen
2.6.1 Berechnungsverfahren und Durchführung der Zuverlässigkeitsberechnung
2.6.2 Zuverlässigkeitskenndaten und Ausfallarten
2.6.3 Markov-Modellierung für Primärtechnik-Komponenten
2.6.4 Zuverlässigkeitstechnische Nachbildung der Schutztechnik
2.6.5 Nachbildung des Netzbetriebs
2.6.6 Ermittlung von Netznutzungssituationen
2.6.7 Berücksichtigung des zeitaufgelösten Verhaltens von Netznutzern
2.6.8 Auswertung und Bildung von Zuverlässigkeitskenngrößen
2.6.9 Anforderungen an Erweiterungen und Gesamtmethode
3 Modellierung von dezentralen Energiewandlungsanlagen, Energiespeichern und flexiblen Lasten
3.1 Methode der Modellierung
3.2 Modellierung von dezentralen Energiewandlungsanlagen
3.2.1 Verfahren und analysierte Technologien
3.2.2 Modellierung von Photovoltaikanlagen
3.2.3 Modellierung von Windkraftanlagen
3.2.4 Modellierung von Biomasseanlagen
3.2.5 Modellierung von Laufwasserkraftwerken
3.2.6 Schutztechnik
3.2.7 Markov-Zustandsmodell für dezentrale Energiewandlungsanlagen
3.2.8 Modellierung des Verhaltens im Störungsgeschehen
3.2.9 Modellierung der zeitabhängigen Erzeugung
3.3 Modellierung von Energiespeichern
3.3.1 Verfahren und analysierte Technologien
3.3.2 Markov-Zustandsmodell für Energiespeicher
3.3.3 Betriebsstrategien
3.3.4 Schutztechnik
3.3.5 Modellierung des Verhaltens im Störungsgeschehen
3.4 Modellierung von flexiblen Lasten
3.4.1 Analysierte Technologien
3.4.2 Modellierung des Verhaltens von flexiblen Lasten im Störungsgeschehen
3.5 Erweiterte Zuverlässigkeitskenngrößen
3.5.1 Anlagenbezogene Zuverlässigkeitskenngrößen
3.5.2 Systembezogene Zuverlässigkeitskenngrößen
3.5.3 Grenzwertbezogene Zuverlässigkeitskenngrößen
3.6 Grenzen der Modellbildung
3.7 Schlussfolgerungen
4 Erweiterte Verfahren zur Zuverlässigkeitsanalyse von Nieder- und Mittelspannungsnetzen
4.1 Motivation
4.1.1 Anforderungen
4.2 Bestimmung relevanter Netznutzungssituationen
4.2.1 Konzeption
4.2.2 Clusterung von Netznutzungssituationen
4.2.3 Ablauf des Clustering
4.2.4 Kombination von Netznutzungssituationen und Ausfallkombinationen
4.2.5 Auswertung der Zustandsanalysen
4.3 Selektions- und Reduktionsverfahren
4.3.1 Einfluss von Schalthandlungen
4.3.2 Vereinfachte Zustandsanalysen
4.4 Grenzen der Modellbildung
4.5 Schlussfolgerungen
5 Zuverlässigkeitsanalysen realer Nieder- und Mittelspannungsnetze
5.1 Übersicht
5.1.1 Struktur der Untersuchungen
5.1.2 Szenarien und Prämissen
5.2 Prinzipanalysen
5.2.1 Einfluss von konventionellen Netzausbaumaßnahmen
5.2.2 Einfluss der steigenden Durchdringung mit Elektrofahrzeugen
5.2.3 Einfluss von dezentralen Energiewandlungsanlagen
5.2.4 Einfluss von Energiespeichern
5.2.5 Einfluss von flexiblen Lasten
5.2.6 Schlussfolgerungen
5.3 Niederspannungsnetz mit Strahlenstruktur und niedriger Lastdichte (NS 1)
5.3.1 Vorstellung des Netzes
5.3.2 Szenarien und Zielnetzplanung
5.3.3 Zuverlässigkeitsanalyse
5.4 Niederspannungsnetz mit Randnetzen und hoher Lastdichte (NS 2)
5.4.1 Vorstellung des Netzes
5.4.2 Szenarien und Zielnetzplanung
5.4.3 Zuverlässigkeitsanalyse
5.5 Mittelspannungsnetz mit Ringnetzstruktur (MS 1)
5.5.1 Vorstellung des Netzes
5.5.2 Szenarien und Zielnetzplanung
5.5.3 Zuverlässigkeitsanalyse
5.6 Vergleichende Bewertung
6 Grundsätze zu den Auswirkungen der Energiewende auf die Zuverlässigkeit von Nieder- und Mittelspannungsnetzen
6.1 Methode zur Ableitung der Grundsätze
6.2 Vorstellung der Grundsätze
6.3 Diskussion der Methode
6.4 Einordnung der Ergebnisse
7 Zusammenfassung und Ausblick
8 Verzeichnisse
8.1 Literaturverzeichnis
8.2 Abkürzungen
8.3 Formelzeichen, Symbole und Indizes
8.4 Publikationen des Autors
8.5 Betreute studentische Arbeiten
9 Anhang
9.1 Ergänzende Informationen zum historischen Verlauf der Zuverlässigkeit
9.2 Ergänzende Informationen zur Modellierung von DEA
9.2.1 Beschreibung der Komponenten von PVA
9.2.2 Beschreibung der Komponenten von WKA
9.2.3 Beschreibung der Komponenten von BMA
9.2.4 Beschreibung der Komponenten von LWK
9.3 Zuverlässigkeitskenndaten
9.3.1 Zuverlässigkeitskenndaten für DEA
9.3.2 Zuverlässigkeitskenndaten für ENS
9.3.3 Ausfallarten in NS- und MS-Netzen
9.3.4 Zuverlässigkeitskenndaten für NS-Netze
9.3.5 Zuverlässigkeitskenndaten für MS-Netze
9.4 Ergänzende Daten für Berechnungen
9.5 Ergänzende Abbildungen