16.1 Grundlastflussrechnung

16.1 Grundlastflussrechnung

16.1.1 Anwendungsbereich

Der Anwendungsbereich der Grundlastflussrechnung liegt sowohl in der Planung als auch im Betrieb elektrischer Energieübertragungsnetze. Während das Berechnungsmodul Grundlastfluss bei der Netzplanung zur Untersuchung unbekannter zukünftiger Netz- oder Lastsituationen dient, kann es im Betrieb als Hilfsmittel für die Netzführung eingesetzt werden. Die Grundlastflussrechnung wird als Grundfall auch bei den Berechnungsmodulen Ausfallrechnung und UNIFEH mit Lastfluss-Überlagerung durchgeführt.

 

16.1.2 Funktion und Berechnungsergebnisse

Aus der vorgegebenen Spannung des Slack-Knotens, aus den Spannungsbeträgen und Wirkleistungseinspeisungen an den spannungsgeregelten Knoten und aus den Wirk- und Blindleistungseinspeisungen bzw. -belastungen der übrigen Knoten werden alle Spannungen, Flüsse und Ströme der Betriebsmittel, sowie deren Übertragungsverluste ermittelt. Sind zu einer gegebenen Netz- und Lastsituation alle Daten (Einspeisungen, Belastungen, Stromkreisabschnitte, Transformatoren, usw.) gegeben, bleiben einige weitere Wahlmöglichkeiten:

• Festlegung des Phasenbezugs:
  Die komlexe Knotenspannung am Slack-Knoten hat den Phasenwinkel null. Die Definition eines Knotens als Slack erfolgt über den Anschluss einer Einspeisung mit Slack-Eigenschaften. In einem elektrisch zusammenhängenden Teilnetz wird die spannungsgeregelte Einspeisung mit der höchsten Einspeisepriorität zur Slackeinspeisung. Dies kann eine Netzeinspeisung, ein Generator oder ein Kraftwerksblock sein. Die höchste Einspeisepriorität einer spannungsgeregelten Einspeisung im Teilnetz muss > 0 sein. Nur dann gilt diese Einspeisung als inselnetzfähig. Sind in einem Teilnetz keine inselnetzfähigen Einspeisungen vorhanden wird eine Randnetzeinspeisung oder ein Ersatzquerzweig mit extended-Ward-Eigenschaften zur Slackeinspeisung definiert.
   
  Hat ein Teilnetz keine Slackeinspeisung wird es spannungslos.
   
• Festlegung der Wirkleistungs-Bilanzierung:
  Hierbei hat der Anwender zwei Möglichkeiten, zwischen denen er durch eine Angabe in den Steuerdaten wählen kann:
   
  
  • Aufteilung der Bilanzierung auf mehrere Einspeisungen (Flag 'Primärregelung' auf 'ja')
    Die Aufteilung der Bilanz-Leistung erfolgt hierbei proportional zu den primären Leistungszahlen und zu den Ersatzleistungsleistungszahlen.
    Bei Generatoren, Kraftwerksblöcken und Netzeinspeisungen ist die Angabe von primären Leistungszahlen möglich. Die Wirkleistung kann bei diesen Objekten zwischen minimaler und maximaler Wirkleistung eingestellt werden.
    Die Angabe von Ersatzleistungszahlen ist bei Ersatzquerzweigen und Randnetzeinspeisungen möglich. Bei diesen Objekten gibt es keine Begrenzung der Wirkleistungsrgelung.
     
    Hat ein Teilnetz keine Querzweige mit primären Leistungszahlen oder Ersatzleistungsleistungszahlen wird es spannungslos. Sind in einem Teilnetz alle Wirkleistungsregelungen an ihre Grenzen gelaufen wird es ebenfalls spannungslos.
  
   
  
  • Bilanzierung alleine durch die Slack-Einspeisung (Flag 'Primärregelung' auf 'nein')
    Dies ist eine altertümliche Methode, die nur dann realistische Lastflüsse liefert, wenn die aufzuteilende Bilanz-Leistung null ist (estimierte Daten aus Netzleitsystem) oder die Slackeinspeisung wirklich die einzigste Einspeisung mit Wirkleistungs-Regelung ist (Stich im Mittelspannungsnetz - Verbundeinspeisung als Netzeinspeisung mit Slackeigenschaften)
     
• Festlegung des Spannungs-Niveaus:
  Die Sollspannungen des Slack-Knotens und der PV-Knoten, die Zielspannungen der Transformator-Regelungen und die extended-Ward-Spannungen von Ersatzquerzweigen bzw. Randnetzeinspeisungen bestimmen das Spannungs-Niveau im Netz. Die Blindleistungs-Werte der Slack- und PV-Einspeisungen sind ein Ergebnis der Rechnung. Sie stellen sich so ein, dass die Sollspannungen von Slack- und PV-Knoten exakt eingehalten werden. Größere Netze, vor allem solche, die schlecht oder ungenau blindleistungsmässig bilanziert sind, konvergieren manchmal schlecht ohne PV-Knoten. Durch wenige PV-Knoten mehr (z.B. ein bis zwei pro 100 Netzknoten) lässt sich das Konvergenzverhalten wesentlich verbessern.
   
  Ersetzt man eine spannungsgeregelte Einspeisung durch eine PQ-Einspeisung ohne Spannungsregelung aber mit gleicher Leistung, so erhält man nicht in allen Fällen die gleich Lastfluss-Lösung. Zu einer gegebenen Blindleistung gibt es im allgemeinen Fall zwei passende Knotenspannungsbeträge!

Folgende Berechnungsergebnisse werden zur Verfügung gestellt:

• Für Knoten: Spannung nach Betrag und Phase, auf die Nennspannung bezogener Spannungsbetrag sowie die Leistungsbilanz. Auf besonder Anforderung (Flag in Steuerdaten) wird auch die "Kritische Spannung" und der Indikator L berechnet.
• Für Zweige: Flüsse und Verluste nach Wirk- und Blindleistung, Strombeträge und prozentuale Belastung und Transformatorbelastungen
• Allgemeine Informationen: Leistungsbilanz und Übertragungsverluste für das Gesamtnetz und für jede Netzgruppe, Zonenaustauschleistungen, Austauschverluste auf Kuppelzweigen zwischen Netzgruppen, Einhaltung bzw. Verletzung von Leistungs- und Spannungsgrenzen, Informationen zur Iteration sowie eine Zusammenfassung aller Fehlermeldungen und Warnungen.

 

16.1.3 Zusatzfunktionen:

Zusätzlich zur konventionellen Lastfluss-Rechnung sind die nachfolgend beschriebenen Funktionen eingebaut:

16.1.3.1 "Sichere Iteration" und "Konvergenter Lastfluss":

Während der Lastfluss-Iteration werden die Abweichungen zwischen Ist- und Vorgabe-Werten der Leistung (Leistungs-Mismatch) quadriert und aufaddiert. Nach dem Ziehen der Wurzel aus dem Ergebniswert, wird dieser durch die Knotenzahl dividiert. Es ergibt sich die mittlere Leistungsabweichung, welche auch in der Iterations-Information ausgeben wird. Die mittlere Leistungsabweichung ist ein Maß für den Erfolg der Iteration und nimmt am Ende der Iteration im allgemeinen um 2 Zehnerpotenzen pro Iterationsschritt ab.

Bei der sicheren Iteration wird eine Verschlechterung der mittleren Leistungsabweichung durch die Wahl einer verkleinerten Schrittweite verhindert. muss die Schrittweite soweit verkleinert werden, dass nahezu keine Veränderung des Ist-Zustand mehr erfolgt, liegt eine Nichtkonvergenz der Lastfluss-Iteration, die ohne Anwendung der "Sicheren Iteration" divergiert oder oszilliert hätte, vor.

• Bei Nichtkonvergenz wird eine Näherungslösung geliefert ("Konvergenter Lastfluss"), anhand derer die Ursachen der Nichtkonvergenz (z.B.:Eingabefehler und schlecht bilanzierte Netzteile) erkennbar sind. Zu beachten ist, dass die Näherungslösung keine physikalische Lösung ist, d.h. das 1. Kirchhoff'sche Gesetz (Summe aller Ströme am Knoten gleich null) ist nicht an allen Knoten des Netzes erfüllt. Die Ursache der Nichtkonvergenz ist meist in der Nähe der größten Abweichungen zu finden.
• Kommt es bei den Berechnungsmodulen Ausfallrechnung, Motorstart/3-poliger Kurzschluß, Netzwerkreduktion und Lastfluss mit OPF zu einer Nichtkonvergenz des Grundfalles, so wird die weitere Bearbeitung nach der Ausgabe der Näherungslösung abgebrochen.
• Tritt die Nichtkonvergenz bei Bearbeitung einer Ausfallsituation auf, so unterbleibt die Berechnung einer Näherungslösung, da der Grund der Nichtkonvergenz (Ausfall der angegebenen Betriebsmittel) eindeutig ist.
• Beim Berechnungsmodul Motorstart/3-poliger Kurzschluß besteht das Problem der Konvergenz während der Berechnung der Anlauf/Kurzschlußsituation nicht.
• Ursachen der Nichtkonvergenz können sein :
• Vorgaben, für die es keine physikalische Lösung gibt, so zum Beispiel infolge von Eingabefehlern um Zehnerpotenzen zu hohe Vorgabeleistungen bzw. Zweigimpedanzen oder sich widersprechende Vorgaben bei spannungshaltenden Transformatoren bzw. Transformatoren mit Wirkfluss-Vorgabe.
• Schlechte Vorbilanzierung der Blindleistung - erkennbar am starken Spannungsabfall in einzelnen Netzteilen - Abhilfe : Definition von PV-Knoten, Verbesserung der Vorbilanzierung.
• Als Slackknoten wurde ein Knoten gewählt, welcher nur über Zweige mit relativ hoher Impedanz mit dem restlichen Netz verbunden ist (im Zusammenhang mit schlecht vorbilanzierten Netzen).
• Numerische Probleme durch physikalisch bzw. technisch unrealistische Vorgaben (z.B. Hochspannungsnetze ohne Induktivitäten und Kapazitäten) oder durch die Vorgabe einer extrem niedrigen Iterationsschranke (z.Bsp. 0.0001 MW im Hochspannungsnetz)
• bei der Berechnung des optimalen Lastflusses (OPF): lokal fehlende oder zu weit gefaßte Spannungsnebenbedingungen. Erkennbar ist dieser Fall an Hand zu hoher Knotenspannungen bei der Näherungslösung.

 

16.1.3.2 Automatische Regelung der Spannungsbeträge vorgegebener Knoten durch Variation der Transformatorstufenstellungen:

Vorgegebene Transformatoren werden durch das Programm so gestuft, dass an vorgegebenen Knoten ein vorgegebener Spannungsbetrag eingehalten wird, soweit dies physikalisch möglich ist. Diese Programmfunktion kann über die Steuerdaten aktiviert bzw. unterdrückt werden ('Variation der Trafostufen' / 'Spannungshaltung', 'Rundung').

• Wird in der Maske Transformator (2W) bzw. Transformator (3W) im Reiter 'Regelung' unter 'automatischer Stufung' die Spannungsbetragsregelung angewählt, so wird die Stufenstellung des Transformators zur automatischen Regelung freigegeben und die Sollspannung am eingegebenen Knoten eingehalten. Die Spannungsbetragsregelung kann für einen Anschluss der Transformators oder für einen externen Knoten definiert werden. Der externen Knoten ist beliebig wählbar. Eine Veränderung der Stufenstellung muss aber einen Einfluss auf den Spannungsbetrag des gewählten Knotens haben. Gut passende Vorgaben sind 'Anschluss 1' oder 'Anschluss 2' (je nach Lage der nächsten spannungsgeregelten Einspeisungen) oder bei 'externen Knoten' einen elektrisch nahen Knoten, wie der Knoten am Ende eines über den Transformator versorgten Stiches. Hierbei ist darauf zu achten, dass Weg vom Transformator zum externen Knoten nicht durch Schaltmassnahmen aufgetrennt ist.
• Als spannungshaltende Transformatoren sind alle Zweiwicklungs- und Dreiwicklungstransformatoren mit Stufenstellern in Längs- oder Schrägrichtung zulässig (Regelwinkel ≠ 90 ° und ≠ -90 °). Bei Verwendung von schräggeregelten Transformatoren sollte man sich allerdings darüber im Klaren sein, dass eine Spannungshaltung bei Regelwinkeln > 30 Grad aus physikalischen Gränden nur noch begrenzt möglich ist. Werden rein quergeregelte Transformatoren zur Spannungshaltung definiert, so wird die Lastflussrechnung mit einer Fehlermeldung abgebrochen.
• Der spannungshaltende Transformator sollte immer zwischen dem Knoten an dem die Spannung gehalten werden soll und dem elektrisch nächsten Knoten mit fester Knotenspannung liegen. Dies kann ein Knoten an dem eine spannungsgeregelte Einspeisung angeschlossen ist oder ein Knoten an welchem die Spannung durch einen anderen Transformator gehalten wird sein. So kann z.B. auf der vom Slack-Knoten abgewandten Seite eines Transformators die Spannung geregelt werden. Liegt aber bereits eine PV-Einspeisung auf dieser Seite so ist die Regelung unwirksam. In diesem Fall wird eine der Begrenzungen des Regelbereichs erreicht, ohne dass die Spannung den gewünschten Sollwert erhält (der Lastfluss konvergiert nicht).
• Werden spannungshaltende Transformatoren direkt parallel geschaltet, so müssen Regelwinkel und das Verhältnis der Bemessungsspannungen Ur1/Ur2 identisch sein. Bemessungsleistung, bezogene Kurzschlußspannung und Verluste dürfen unterschiedlich sein. Eine direkte Parallelschaltung liegt auch dann vor, wenn die Transformator-Anschlüsse über Sammelschienen-Kupplungen verbunden sind.
• Sind zwei oder mehrere spannungshaltende Transformatoren auf ihrer Ober- und Unterspannungsseite durch elektrisch kurze Zweige verbunden (z.B. Sammelschienen-Kupplungen, welche als Leitung nachgebildet sind) und sollen diese Transformatoren am gleichen Knoten die Spannung halten, so kann vereinbart werden, dass sie mit der gleichen Stufenstellung regeln sollen (Flag 'Kopplung Spannungshaltung' muss auf 'ja' stehen). Dies entspricht Füllen in der Praxis, in denen bei quasi parallelen Transformatoren ein Transformator die Spannungsregelung übernimmt und die Stufung der anderen Transformatoren nachgeführt wird. Solche Konstruktionen führen natürlich nur dann zu einem sinnvollen Ergebnis, wenn die Regeleigenschaften der beteiligten Transformatoren gleichartig sind. Es ist hier im Gegensatz zu direkt parallel geschalteten Transformatoren nicht unbedingt erforderlich, dass die Regelparameter vollständig übereinstimmen.
• Werden voneinander unabhängige spannungshaltende Transformatoren indirekt parallel geschaltet, so dass einzelne Zweige oder auch ganze zusammenhängende Netzteile zwischen den Knoten mit Spannungshaltung liegen, so kann zur Einhaltung der vorgegebenen Spannungen ein größerer Blindleistungs-Ringfluss erforderlich sein. Dies kann zu praxisfremden Stufenstellungen und Lastflüssen führen. In diesen Fällen ist es ratsam, entweder die Stufenstellung nur eines der beteiligten Transformatoren freizugeben und die anderen Stufenstellungen in mehreren Rechnungen per Hand nachzuführen oder die betreffenden Transformator-Regelungen miteinander zu koppeln, indem für alle der gleiche Knoten zur Spannungshaltung angegeben wird und das Flag 'Kopplung Spannungshaltung' in der Maske Zweiwicklungs- bzw. Dreiwicklungstransformator auf 'ja' gesetzt wird).
• Da das Transformator-Übersetzungs-Verhältnis nicht kontinuierlich veränderbar ist, wird die vorgegebene Spannung nicht exakt erreicht. Vom Programm wird die dem idealen Fall mit kontinuierlicher Stufung nächstliegende Stufenstellung gewählt. Diese Rundung der Transformatorstufenstellungen kann zu Testzwecken über die Steuerdaten abgeschaltet werden ('Variation der Trafostufen' / 'Rundung' muss auf nein stehen).
• Liegt die zur Einhaltung der vorgegebenen Spannung notwendige Transformatorstufenstellung ausserhalb des Regelbereichs, so wird die Stufenstellung auf die Regelgrenze zurückgesetzt. Die vorgegebene Spannung kann dann nicht eingehalten werden. Ausnahme: Bei abgeschalteter Rundung der Transformatorstufenstellungen sind auch Stufenstellungen ausserhalb des Regelbereichs zugelassen.
• ACHTUNG!
  Widersprüchliche bzw. nicht erfüllbare Vorgaben der Spannungshaltung können zur Nichtkonvergenz der Lastfluss-Iteration führen. Deshalb sollte bei der Anwendung auch dem Lastfluss-Irationsverlauf Beachtung geschenkt werden. Im allgemeinen ist die Konvergenz von Rechnungen mit spannungshaltenden Transformatoren gutmütig und zuweilen sogar etwas besser als ohne die Spannungshaltung. Ist der Iterationsverlauf aber schleppend, so kann dies auf widersprüchliche Vereinbarungen der Zielspannungen hinweisen.
• Der konvergente Lastfluss ist auch bei der Lastfluss-Iteration mit freigegebenen Stufenstellungen wirksam. So wird auch bei ungünstiger Wahl der spannungshaltenden Transformatoren bzw. der zu haltenden Spannungen eine aussagekräftige Näherungslösung geliefert. In diesen Fällen kann es vorkommen, dass die anschließende Lastfluss-Iteration mit den gerundeten festen Stufenstellungen konvergiert. Die Gesamtbilanz stimmt dann zwar, aber die Einhaltung der vorgegebenen Spannungen ist schlecht. Erkenntlich sind solche Fälle anhand der Iterations-Information.

 

16.1.3.3 Automatische Regelung von Wirkflüssen über Transformatoren durch Variation von Transformatorstufenstellungen:

Vorgegebene Transformatoren werden durch das Programm so gestuft, dass sich ein vorgegebener Wirkfluss über diese Transformatoren einstellt, soweit dies physikalisch möglich ist. Diese Programmfunktion kann über die Steuerdaten aktiviert bzw. unterdrückt werden ('Variation der Trafostufen' / 'Wirkflussvorgabe', 'Rundung').

• Wird in der Maske Transformator (2W) bzw. Transformator (3W) im Reiter 'Regelung' unter 'automatischer Stufung' Wirkleistungsregelung angewählt, so wird die Stufenstellung des Transformators zur automatischen Regelung freigegeben und der vorgegebene Flusswert zwischen den angegebenen Knoten eingehalten.
• Die Richtung der Wirkfluss-Vorgabe muss durch den Auswahl-Knopf rechts neben dem Wert der Wirkfluss-Vorgabe z.Bsp. 'von Anschluss 1 nach Anschluss 2' vorgegeben werden. Die genaue Stelle der Wirkflussvorgabe am bzw. im Transformator richtet sich nach den Angaben zur Verlustzuordnung (Reiter 'Topologie'). Bei Zweiwicklungstransformatoren kann z.B. die Stelle der Wirkflussvorgabe sowohl am Anschluss 1 des Trafos (bei Verlustzuordnung zu Anschluss 2), als auch am Anschluss 2 (bei Verlustzuordnung zu Anschluss 1), als auch an einem imaginären Punkt im Transformator (bei gleichmäßiger Aufteilung der Verluste zwischen den Anschlüssen) liegen.
• Zur Wirkfluss-Vorgabe über Transformatoren sind alle Zweiwicklungs- und Dreiwicklungstransformatoren mit Schräg- oder Quer-Regelung zugelassen. Wird eine Wirkfluss-Vorgabe für einen rein längsgeregelten Transformator definiert, so wird die Lastflussrechnung mit einer Fehlermeldung abgebrochen. Wirkfluss-Vorgabe bei Dreiwicklungs-Transformatoren sollte nur auf dem Haupt-Leistungs-Transport-Weg abgehend von der geregelten Seite angegeben werden.
• Werden Transformatoren mit Wirkfluss-Vorgabe direkt parallel geschaltet, so müssen Betrag und Winkel der Zusatzspannung, sowie minimale und maximale Stufenstellung und Hauptanzapfung, geregelte Seite, Wirkfluss-Richtung sowie die Transformator-Bemessungsspannungen identisch sein. Bemessungsleistung, bezogene Kurzschlußspannung, Verluste und Wirkfluss-Vorgaben dürfen unterschiedlich sein. Der Sollwert der Wirkfluss-Vorgabe paralleler Transformatoren ist die Summe der Einzelvorgaben. Die Aufteilung dieser Gesamtvorgabe erfolgt über die Transformator-Impedanzen - nicht über die Einzel-Vorgaben. Eine direkte Parallelschaltung liegt auch dann vor, wenn die Transformator-Anschlüsse über Sammelschienen-Kupplungen verbunden sind.
• Da das Transformator-Übersetzungs-Verhältnis nicht kontinuierlich veränderbar ist, wird der vorgegebene Wirkfluss nicht exakt erreicht. Vom Programm wird die dem idealen Fall mit kontinuierlicher Stufung nächstliegende Stufenstellung gewählt. Diese Rundung der Transformatorstufenstellungen kann zu Testzwecken über die Steuerdaten ausgeschaltet werden ('Variation der Trafostufen' / 'Rundung' muss auf nein stehen).
• Liegt die zur Einhaltung der Wirkfluss-Vorgabe notwendige Transformatorstufenstellung ausserhalb des Regelbereichs, so wird die Stufenstellung auf die Regelgrenze zurückgesetzt. Die Wirkfluss-Vorgabe kann dann nicht eingehalten werden. Ausnahme: Bei abgeschalteter Rundung der Transformatorstufenstellungen sind auch Stufenstellungen ausserhalb des Regelbereichs zugelassen.
• ACHTUNG!
  Widersprüchliche bzw. nicht erfüllbare Wirkfluss-Vorgaben können zur Nichtkonvergenz der Lastfluss-Iteration führen. Deshalb sollte bei der Anwendung auch dem Iterationsverlauf Beachtung geschenkt werden.
• Der konvergente Lastfluss ist auch bei der Lastfluss-Iteration mit freigegebenen Stufenstellungen wirksam. So wird auch bei ungünstigen Wirkfluss-Vorgaben eine aussagekräftige Näherungslösung geliefert.

 

16.1.3.4 Primärregelung (Bilanzierung unabhängig von der Slack-Einspeisung):

Zusammen mit der Slack-Einspeisung oder auch ohne diese gleichen im Netz verteilte Wirkleistungs-Einspeisungen das Wirkleistungs-Defizit oder den Wirkleistungs-Überschuß des Gesamtnetzes aus. Dies erfolgt in Anlehnung an die im UCTE-System vorgesehene Primärregelung. Diese Programmfunktion kann über die Steuerdaten aktiviert bzw. unterdrückt werden ('Primärregelung' ).

• Bei der Bilanzierung wird die vorzeichenrichtige Summe aus alle Einspeisungen, allen Verbrauchern und den Netzverlusten auf null abgeglichen. Die Bilanzierungs-Aufgabe kann durch Anwählen dieser Programmfunktion auf mehrere Einspeisungen verteilt werden. Es beteiligen sich alle Querzweige mit primären Leistungszahlen oder Ersatzleistungsleistungszahlen an der Bilanzierung, soweit sie nicht für die Sekundär-Regelung Verwendung finden. Die Vorgabe von primären Leistungszahlen ist bei Generatoren, Kraftwerksblöcken und Netzeinspeisungen möglich. Die Vorgabe von Ersatzleistungsleistungszahlen ist bei Ersatzquerzweigen und Randnetzeinspeisungen möglich. Die betreffenden Einspeisungen beteiligen sich proportional zu ihren primären Leistungszahlen bzw. Ersatzleistungsleistungszahlen an der Bilanzierung.
  Die Arbeitspunkte dieser Wirkleistungsregelung sind die unter 'P0' in den Masken Generator, Kraftwerksblock, Netzeinspeisung eingetragenen Wirkleistungen. Bei den Objekten Ersatzquerzweig und Randnetzeinspeisung ergibt sich der Arbeitspunkt aus der Summe der dort angegebenen Wirkleistungen. Bei Ausfallrechnung wird als Arbeitspunkt der beim Grundfall durch die Wirkleistungsregelung eingestellte Wirkleistungswert benutzt.
  Die Slackeinspeisung muss nicht unbedingt zur Gruppe der Einspeisungen mit Wirkleistungsregelung gehören.
• Bei den Einspeisungen mit Wirkleistungsregelung können Wirkleistungs-Grenzen vorgegeben werden.
  Das Programm verhindert eine Verletzung dieser Grenzen mit einer Ausnahme: Sind bei Grundlastfluss-Rechnung alle Einspeisungen mit Wirkleistungsregelung auf ihre Grenzen gelaufen, so übernimmt die Slack-Einspeisung die restliche Bilanzierung ohne Rücksicht auf ihre Wirkleistungsgrenzen (wird als Fehler gemeldet). Wie bei Näherungslösung sind die in diesem Fall gelieferten Ergebnisse nur zur Problem-Analyse brauchbar. Bei Ausfallsituationen findet diese Übernahme der Bilanzierung ohne Rücksicht auf die Wirkleistungsgrenzen nicht statt, dort wird ein (Teil-)Netz mit einem nicht ausgleichbaren Wirkleistungs-Defizit (bzw. Überschuß) als spannungslos betrachtet. Liegt eine Netzauftrennung vor, so werden Netzteile, die den Slack-Knoten nicht enthalten und deren Wirkbilanz sich wegen fehlender oder an ihre Grenzen gelaufener Wirkleistungsregelungen nicht ausgleichen lässt, immer als spannungslos dargestellt.
  Die Arbeitspunkte der Wirkleistungsregelung müssen innerhalb der Wirkleistungsgrenzen liegen.

 

16.1.3.5 Sekundärregelung - Regelung von Netzgruppen, Regelzonen bzw. Regelblock-Salden

Sekundärregelung kann sich hier auf eine Netzgruppe und/oder Regelzonen und/oder Regelblöcke beziehen - im Folgenden kurz Zone genannt. Verteilt in der Zone vorgegebene Wirkleistungs-Einspeisungen bilanzieren den Wirkanteil der Summenaustauschleistung (Zonenaustauschleistung = Saldo der Zone) der betreffenden Zone auf einen vorgegebenen Sollwert. Dieser Saldo kann in den Masken Netzgruppe, Regelzone und Regelblock aufgesplittet nach Bezug und Lieferung eingetragen werden.
 
Die Programmfunktion Sekundärregelung kann über die Steuerdaten aktiviert bzw. unterdrückt werden ('Sekundärregelung').

• Die Zonenaustauschleistung einer Zone ist die vorzeichenrichtige Summe aller Wirkflüsse zu ihren Nachbarn. Bei der Aufsummierung werden die Verlustzuordnungs-Angaben in den jeweiligen Längszweigen (z.B. Leitung, Transformator) berücksichtigt, so dass die eigentliche Kuppelstelle je nach Verlustzuordnung entweder in Zweigmitte, am Anfangs- oder End-Knoten des Zweiges liegt.
• Zonenaustauschleistungen sind für alle Zonen vorgebbar.
  Gesamtnetz, Regelblock, Regelzone und Netzgruppe bilden eine Hierarchie.
  • Die Zonenaustauschleistung des Gesamtnetzes ist 0.
  • Die Summe der Zonenaustauschleistungen aller Regelblöcke muss die Zonenaustauschleistung des Gesamtnetzes also 0 ergeben.
  • Die Summe der Zonenaustauschleistungen aller Regelzonen in einem Regelblock muss die Zonenaustauschleistung des Regelblocks ergeben.
  • Die Summe der Zonenaustauschleistungen aller Netzgruppen in einer Regelzone muss die Zonenaustauschleistung der Regelzone ergeben.
  
   
  Sind die Summen pro Gesamtnetz, Regelblock oder Regelzone nicht eingehalten, werden die Zonenaustauschleistungen der darin enthaltenen Zonen angepasst falls ein Ausgleichsfaktor angegeben wurde.
   
  Sind nicht für alle Regelblöcke im Gesamtnetz bzw. Regelzonen im Regelblock bzw. Netzgruppen in der Regelzone Zonenaustauschleistungen angegeben übernehmen die Einspeisungen mit Wirkleistungsregelung innerhalb der Zonen ohne Vorgabe einer Zonenaustauschleistung die Bilanzierung des übergeordneten Objekts.
• An der Regelung der Zonenaustauschleistung beteiligen sich alle, innerhalb der betreffenden Zonen vorhandenen Einspeisungen mit Wirkleistungsregelung (Netzeinspeisung, Generator, Kraftwerksblock, Ersatzquerzweig, Randnetzeinspeisung) proportional zu ihren primären Leistungszahlen bzw. Ersatzleistungszahlen.
  Die Arbeitspunkte dieser Wirkleistungsregelung sind die unter 'P0' in den Masken Generator, Kraftwerksblock, Netzeinspeisung eingetragenen Wirkleistungen. Bei den Objekten Ersatzquerzweig und Randnetzeinspeisung ergibt sich der Arbeitspunkt aus der Summe der dort angegebenen Wirkleistungen. Bei Ausfallrechnung wird als Arbeitspunkt der beim Grundfall durch die Wirkleistungsregelung eingestellte Wirkleistungswert benutzt.
  Die Arbeitspunkte der Wirkleistungsregelung müssen innerhalb der Wirkleistungsgrenzen liegen.
  Sind alle zu einer Sekundärregelung gehörenden Einspeisungen an ihre Grenzen gelaufen, so unterbleibt ein weiteres Einregeln der betreffenden Zonenaustauschleistung (wird als Fehler gemeldet).

 

16.1.3.6 Umwandlung von PV- in PQ-Knoten

Die Berechnung der Blindleistungs-Einspeisung von PV-Knoten kann zu unrealistisch hohen induktiven bzw. kapazitiven Blindleistungswerten führen. Bei Verletzung der in der Maske Netzeinspeisung, Generator bzw. Kraftwerksblock vorgebbaren Blindleistungsgrenzen wird der PV-Knoten in einen PQ-Knoten umgewandelt. D.h. die Spannungsregelung der betroffenen Einspeisungen wird abgeschaltet. Damit wird die Spannung des Knotens freigegeben. Die Blindleistung der betroffenen Einspeisungen wird auf die verletzte Grenze gesetzt. Der Lastfluss wird neu berechnet. Sind nach der Neuberechnung des Lastflusses neue Blindleistungsgrenzverletzungen vorhanden, so wird eine erneute Umwandlung vorgenommen usw..
Diese Programmfunktion kann über die Steuerdaten aktiviert bzw. unterdrückt werden ('Umwandlung der Knoteneigenschaft' / 'PV- in PQ')

• Konvergiert der Lastfluss nach der Umwandlung der PV-Knoten nicht mehr, so wird die Umwandlung zurückgenommen und die vorherige Lastfluss-Lösung samt Blindleistungsgrenzverletzungen ausgegeben (mit Fehlermeldung).
• Eine Rückwandlung der umgewandelten PV-Knoten (z.B. bei Blindleistung auf oberer Grenze und unrealistisch hoher Knotenspannung) findet nicht statt statt, womit ein unkontrollierter Programmablauf mit wiederholter Hin- und Rückwandlung verhindert wird.
• Die Slack-Einspeisung ist von der Umwandlung ausgeschlossen. Verletzt die Slack-Einspeisung ihre Blindleistungsgrenzen wird dies als Fehler gemeldet.
• Die Umwandlung von PV- in PQ-Knoten kann auch gemeinsam mit der Umwandlung von PQ- in PV-Knoten (bei Spannungsgrenzverletzungen) aktiviert werden (siehe Anmerkungen im nächsten Abschnitt).

 

16.1.3.7 Umwandlung von PQ- in PV-Knoten:

Das Spannungsniveau in vom Slack-Knoten weit entfernten Netzausläufern ohne eigene PV-Einspeisungen ist im allgemeinen vor der Rechnung schwer abschätzbar. Die Knotenspannung dort kann unzulässige Werte annehmen. Bei Verletzung der in der Maske Knoten bzw. Sammelschiene vorgebbaren Spannungsgrenzen werden dafür zugelassene PQ-Einspeisungen (Flag: Spannungsregelung zuschaltbar) in spannungsgeregelte PV-Einspeisungen umgewandelt, der überschrittene Grenzwert als Sollspannung eingesetzt und der Lastfluss neu berechnet. Sind nach der Neuberechnung des Lastflusses neue Spannungsgrenzverletzungen vorhanden, so wird eine erneute Umwandlung vorgenommen und der Lastfluss neu berechnet.
Diese Programmfunktion kann über die Steuerdaten aktiviert bzw. unterdrückt werden ('Umwandlung der Knoteneigenschaft' / 'PQ in PV')

• Die Umwandlung von PQ in PV wird über die Maske Querzweig/Netzeinspeisung, Generator bzw. Kraftwerksblock zugelassen - Flag 'PQ->PV Umwandlung zulässig' auf 'ja'
• Eine Rückwandlung der umgewandelten PQ-Knoten (wegen verletzter Blindleistungs-Grenzen) wird nicht durchgeführt. Verhindert wird damit ein unkontrollierter Programm-Lauf mit wiederholter Hin- und Rückwandlung. Die Prüfung der Blindleistungen umgewandelter PQ-Einspeisungen muss durch den Anwender erfolgen.
• Konvergiert der Lastfluss nach der Umwandlung der PQ-Knoten nicht mehr, so wird die Umwandlung zurückgenommen und die vorherige Lastfluss-Lösung samt Spannungsgrenzverletzungen (Warnungsmeldung) ausgegeben.
• Ist die Umwandlung von PV- in PQ-Knoten gemeinsam mit der Umwandlung von PQ- in PV-Knoten über die Angaben in den Steuerdaten aktiviert, so werden zuerst evt. Umwandlungen der PQ- in PV-Knoten durchgeführt. Dann der Lastfluss neu berechnet und anschliessend die evt. Umwandlungen der PV- in PQ-Knoten durchgeführt. Im allgemeinen wird das Konvergenzverhalten durch mehr PV-Knoten verbessert und die Blindleistung-Einspeisung auf mehr Knoten verteilt. Eine Umwandlung der PV- in PQ-Einspeisungen ist dann eventuell nicht mehr erforderlich.

 

16.1.3.8 PV-PQ Switching

Im Gegensatz zu den klassischen Methoden (PV in PQ und auch zurück) für die Einhaltung der Blindleistungsgrenzwerten der Einspeisungen wird die Methode "PV-PQ Switching" bereits zwischen den Iterationsschritten durchgeführt. Diese Programmfunktion kann über die Steuerdaten aktiviert bzw. deaktiviert werden ('Umwandlung der Knoteneigenschaft' / 'PV-PQ Switching).

• Ab dem ersten Iterationsschritt wird bei der Verletzung der Blindleistungsgrenzen der Einspeise-Knoten (PV-Knoten) in einen PQ-Knoten umgewandelt.
  • Wird die untere Blindleistungsgrenze unterschritten, wird die Blindleistung dieser Einspeisung auf den Wert der unteren Blindleistungsgrenze festgesetzt und die Spannung am Netzknoten freigegeben.
  • Wird hingegen die obere Blindleistungsgrenze verletzt, wird die Blindleistung dieser Einspeisung auf den Wert der oberen Blindleistungsgrenze festgesetzt und die Spannung am Netzknoten freigegeben.
• Im weiteren Iterationsverlauf kann gegebenenfalls diese Umwandlung wieder rückgängig gemacht werden (PV-PQ Rückwandlung).
  • Falls die Blindleistung der Einspeisung in einem vorherigen Iterationsschritt auf den Wert der unteren Blindleistungsgrenze festgesetzt wurde:
    • Unterschreitet die Spannung den vorgegebenen Sollwert und liegt die im Lastfluss berechnete Blindleistung innerhalb des zulässigen Bereichs [Qmin, Qmax], wird der umgewandelte PQ-Knoten in einen PV-Knoten zurückgewandelt.
    • Ansonsten wird kein erneuter Knotentypwechsel durchgeführt.
  • Falls die Blindleistung der Einspeisung in einem vorherigen Iterationsschritt auf den Wert der oberen Blindleistungsgrenze festgesetzt wurde:
    • Überschreitet die Spannung den vorgegebenen Sollwert und liegt die im Lastfluss berechnete Blindleistung innerhalb des zulässigen Bereichs [Qmin, Qmax], wird der umgewandelte PQ-Knoten in einem PV-Knoten zurückgewandelt.
    • Ansonsten wird kein Knotentypwechsel durchgeführt.

Der Knotentypwechsel eines Einspeise-Knotens erfolgt maximal dreimal (zwei Umwandlungen und eine Rückwandlung), damit eine Knotentyposzillation unterbunden wird. Der Grund einer Oszillation liegt darin, dass nach der Beschränkung der Blindleistungseinspeisung auf der Obergrenze die Spannung am Knoten stark ansteigt, nach der Rückwandlung in den PV-Knoten die Blindleistungsgrenzverletzung jedoch so groß wie zuvor ist. Aus diesem Verhalten kann auf eine instabile Lösung des Lastflussproblems geschlossen werden. Daher wird eine Meldung in der Tabelle "Iterationsinformation Lastfluss" ausgegeben, wenn der Knotentyp eines Einspeise-Knotens mehr als dreimal gewechselt werden muss.
Bei dieser Methode können im Allgemeinen die Anzahl der benötigten Iterationsschritte und die somit insgesamt benötigte Rechenzeit im Vergleich mit der klassischen PV-PQ-Umwandlung reduziert werden.

 

16.1.3.9 Übergeordnete Spannungsregelung

INTEGRAL beitet die Möglichkeit eine übergeordnete Spannungsregelung für verschiedene Betriebsmittel an dem selben Knoten zu nutzen. Elemente, die aus mathematischen Gründen oder Modellierungsgründen nicht gleichzeitig die Spannung an einem Knoten regeln können, werden dazu nacheinander eingesetzt, bis die jeweiligen Betriebsgrenzen des Betriebsmittel erreicht sind. Hat ein Betriebsmittel seine Grenze erreicht, findet eine PV in PQ Umwandlung des Betriebsmittels statt. Bei der übergeordneten Spannungsregelung kann jedem spannungsregelnden Betriebsmittel eine Einsatzpriorität zugeordnet werden. Die Einsatzprioritäten werden pro geregeltem Knoten verarbeitet. Das heißt vergebene Einsatzprioritäten müssen nicht einzigartig sein. Wird an einem Knoten mit mehreren spannungsgeregleten Betriebsmitteln keine Einsatzpriorität vergeben oder haben die Prioritäten einen identischen Wert greift das in folgender Tabelle zusammengefasste default-Verhalten:

Bild 16.1 Übergeordnete Spannungsregelung - Default Verhalten

Soll vom default-Verhalten abgewichen werden, können die Einsatzprioritäten genutzt werden. Für nicht zulässige Kombinationen gibt INTEGRAL eine Fehlermeldung aus. Die folgende Abbildung zeig das Iterationsverhalten während einer aktiven übergeordneten Spannungsregelung:

Bild 16.2 Übergeordnete Spannungsregelung - Iterationsverlauf

Drei Betriebsmittel sollen am gleichen Knoten die Spannung regeln. Es sind drei unterschiedliche Einsatzprioritäten vergeben worden, sodass die Betriebsmittel nacheinander eingesetzt werden. Betriebsmittel 1 mit der höchsten Einsatzpriorität übernimmt als erste die Spannungsregelung. Erreicht Betriebsmittel 1 während des Iterationsverlaufs die Grenzen seines Arbeitsbereichs findet eine PV in PQ Umwandlung oder eine Rundung statt. Wenn nun noch Bedarf weiter Regelung der Spannung an dem Knoten besteht, wird das Betriebsmittel mit der nächsten Einsatzpriorität für die Spannungsregelung herangezogen. Reicht der Arbeitsbereich des Betriebsmittel 2 ebenfalls nicht aus, um die gewünschte Spannung zu regeln, wiederholt sich die Umwandlung und das nächste Betriebsmittel wird herangezogen. Nach folgenden Kriterien findet eine Umwandlung statt:

• Einspeisungen: Sobald die Ober- bzw. Untergrenze der Blindleistung überschritten bzw. unterschritten wird (Voraussetzung: PV in PQ bzw. PV-PQ Switching eingeschaltet)
• Transformatoren: Wenn die Rundung stattfindet (Voraussetzung: Rundung eingeschaltet)
• Stufbare Kompensationen: Wenn die Rundung stattfindet (Voraussetzung: Rundung eingeschaltet)
• SVC und STATCOM : Wenn der Arbeitspunkt auf dem rein induktiven bzw. kapazitiven Bereich der Regler-Kennlinie steht (Voraussetzung: Rundung eingeschaltet)

16.1.3.10 Impedanzlose Kupplungen

Bei der Datenübergabe von der Oberfläche zum Lastfluss-Programm werden durch Kupplungen verbundene Sammelschienen zu einem Knoten verschmolzen. Damit sieht das Lastfluss-Programm keine Sammelschienen-Kupplungen mehr. Durch eine Grenzwertangabe in den Steuerdaten können elektrisch extrem kurze Verbindungen aber weiterhin impedanzlos nachgebildet werden. Diese Vorgehensweise vermeidet die numerische Probleme bei elektrisch extrem kurzen Verbindungen (deren Admittanz geht gegen unendlich).

 

16.1.3.11 Randnetzeinspeisungen "Boundary-Injection (BI)"

Im allgemeinen sind die aktuellen Werte der Einspeisungen und Lasten der Nachbarnetze nicht genau bekannt. Eine aktive Netzwerkreduktion mit Verwerfung der externen Einspeisungen und Lasten auf die Randknoten ist also für betriebsnahe Netzuntersuchungen meist nicht möglich. Zu ermitteln ist aber fast immer die passive Ersatzdarstellung in Form von Ersatzlängszweigen und die anstehende Anfangskurzschlußwechselstromleistung.

Die Randnetzeinspeisungen können ein passives Ersatznetzes an den aktuellen Netzzustand anpassen. Hierbei werden die Flüsse in das Ersatznetz so ermittelt, dass die vorgegebenen Flüsse ins Restnetz eingehalten werden. Die Neuberechnung der BI-Ersatznetzflüsse bei Lastfluss-Rechnung wird über die Steuerdaten aktiviert bzw. unterdrückt ('Elemente aus Reduktion' / 'BI-Ersatznetzflüsse').

• Falls das Flag auf 'ja' steht, sind die Leistungsflüsse ins Ersatznetz Ergebnis der Lastflussrechnung (die eingetragenen Werte für die Ersatznetzflüsse werden folglich nicht berücksichtigt). Vorgegeben sind die Flüsse ins Restnetz. Ermittelt werden die Ersatznetzflüsse über die vom Lastfluss berechneten komplexen Spannungen.
• Falls das Flag auf 'nein' steht, werden die eingetragenen Flusswerte für Rest- und Ersatznetz addiert und die Summe dieser Leistungen ins Netz eingespeist. Die Aufteilung dieser Leistung auf Rest- und Ersatznetz gilt dann nicht als vorgegeben.

Der Fluss ins Restnetz kann durch eine Zustandschätzung ermittelt oder aber bei Planungsrechnungen abgeschätzt und von Hand eingegeben werden.

Detailierte Beschreibung:

• Der Leistungs-Anteil "Fluss ins Ersatznetz", sowie die Anteile des Ward-Extended und der Ersatzleistungszahl der Randnetzeinspeisungen werden so eingestellt, dass der Leistungs-Anteil "Fluss ins Restnetz" auch wirklich ins Restnetz fliesst. Der Anwender kann also hierüber definieren welche Leistung am Randknoten ins Restnetz eingespeist werden soll. Die sich aus den Spannungsdifferenzen der Spannungen an den Randknoten ergebenden Flüsse über die Ersatzlängszweige werden durch einen von Programm ermittelten Leistungs-Anteil gespeisst, um den sich der Anwender bei eingeschalteter Funktion nicht zu kümmern braucht.
• Ist die Funktion ausgeschaltet wird die Summe der Leistungs-Anteile "Fluss ins Ersatznetz", "Fluss ins Restnetz" sowie der Anteile des Ward-Extended und der Ersatzleistungszahl der Netzelemente "Boundary Injektion" am Randknoten eingespeist (Werte wie bei Randnetzeinspeisung definiert). Hierbei stellt sich im Allgemeinen ein Fluss ins Restnetz ein, welcher nicht dem beim Netzelement eingetragenen Wert "Fluss ins Restnetz" entspricht. (Ausnahme: Leistungs-Anteile wurden durch Zustandsschätzung bestimmt und es hat sich am Netzzustand nichts geändert - dann stimmt's.)
• Diese Funktion ist wirksam bei Grundlastfluss-Rechnung und Netzwerkreduktion sowie im Grundfall von Ausfallrechnung, Optimierungs-Rechnung, Motoranlauf und dreipoliger Kurzschluss-Rechnung.

mögliche Probleme:

• Anfang und End-Knoten eines jeden Ersatzlängszweiges muss mit einer Randnetzeinspeisung versorgt sein.
  Fehlermeldung: "209 am Rand-Knoten ist genau ein Netzelement von Typ Boundary-Injektion erforderlich"
• Die Rand-Knoten dürfen keiner Netzgruppe angehören, für die eine Zonenaustauschleistung (Sekundär-Regelung) vereinbart ist! Aufgrund der Vorgehensweise bei der Einstellung der Flüsse ins Restnetz fehlen die Anteile der Flüsse über die Ersatzlängszweige während der Lastfluss-Iteration in den Netzgruppen-Bilanzen. Dies liegt nur vordergründig an der Faulheit des Programmierers (WHe). Aber es macht gar keinen Sinn die fiktiven Leistungs-Anteile der Flüsse ins Ersatznetz oder auch die Verluste der Ersatzlängszweige in die Bilanz einer realen Netzgruppe eingehen zu lassen! Ich empfehle daher alle Randknoten in eine gesonderte Netzgruppe zu verlagern. Zumindest dürfen Randknoten nicht einer Netzgruppe angehören, für die eine Sekundärregelung vereinbart ist (bei eingeschalteter Funktion).
  Fehlermeldung: "238 Randknoten gehoert zur Netzgruppe mit Sekundaerregelung"
• Sind Teile des Restnetzes nur über Ersatzlängszweige mit dem übrigen Restnetz verbunden, d.h. kommt es durch das Herausnehmen der Ersatzlängszweige zu einer Netzauftrennung, so müssen diese Netzteile wirk- und blindleistungsmässig autark sein. In diesen Netzteilen muss über eine Einspeisung mit primärer Leistungszahl und über eine PV-Einspeisung genügend (innerhalb der Regelgrenzen) Wirkleistung und Blindleistung zur Verfügung stehen um das Teilnetz inclusive den Leistungs-Anteilen "Fluss ins Restnetz" auszubilanzieren. Ist dies nicht der Fall, wird das Teilnetz spannungslos, die Zuschaltung der Ersatzlängszweige zu diesen Netz unterbleibt, es erfolgt eine Fehlermeldung: "239 Leistungsdefizit in einen nur ueber Ersatzlaengszweige verbundenen Teilnetz".
• Da die Anteile des Ward-Extended während der Lastfluss-Lösung inaktiv sind (der Randknoten wirkt dann wie ein PQ-Knoten) funktioniert die Spannungshaltung bei den von dieser PV-Einspeisung abhängigen Transformatoren nicht mehr - dann keine Konvergenz.

Programm-interne Lösung:

• Alle Ersatzlängszweige werden aufgetrennt (falls sie an Randknoten enden, an denen eine Randnetzeinspeisung angeschlossen ist). Die Leistungs-Anteile "Fluss ins Ersatznetz", sowie die Anteile des Ward-Extended und der Ersatzleistungszahl der Netzelemente "Boundary Injektion" werden abgeschaltet. An den Randknoten bleibt nur noch der Leistungs-Anteil "Fluss ins Restnetz", welcher dann genau diese Leistung ins Restnetz speisst. Nach der Lastfluss-Lösung sind die Spannungen an den Randknoten bekannt. Aus diesen werden die Flüsse über die Ersatzlängszweige ermittelt, deren Summe dann den aktuellen Leistungs-Anteil "Fluss ins Ersatznetz" ergibt. Ein eventuell vorhandener Anteil des Ward-Extended wird mit der aktuellen Spannung des Randknotens versorgt, so dass sein Leistungs- Anteil im Grundfall gleich Null ist. Bei einem eventuell vorhandener Anteil mit Ersatzleistungszahl wird der Arbeitspunkt so verschoben, dass sein Leistungs-Anteil im Grundfall ebenfalls gleich Null ist.
• Durch alle diese Aktionen bleibt der "Fluss ins Restnetz" für den Grundfall als solcher erhalten. In Ausfallsituationen oder bei der optimalen Varianten einer Optimierungs-Rechnung kommt es durch den veränderten Netzzustand zu Flüssen über die nun wieder aktiven Ersatzlängszweige, so dass der wirkliche Fluss ins Restnetz nicht mehr mit dem entsprechenden Wert der Randnetzeinspeisung übereinstimmt.

 

16.1.3.12 Test auf instabile Lastfluss-Lösung

Das Lastfluss-Problem hat viele Lösungen (etwa 2 Lösungen pro Knoten). Es ist allerdings nur eine Lösung technisch relevant. Die anderen Lösungen sind ebenfalls mathematisch richtig. An Hand von Strömen und Spannungen sind diese unerwünschten Lösungen nicht von der "richtigen" Lösung zu unterscheiden. Instabile Lösungen enthalten Knoten, welche bei einer Erhöhung der induktiven Last mit einer Spannungserhöhung reagieren. Normal wäre ein Sinken der Spannung bei Lasterhöhung.

Die Funktional-Matrix enthält die Ableitungen der Blindleistung nach den Spannungsbeträgen. Durch Invertieren der Matrix werden daraus die Ableitungen des Spannungsbetrags nach der Blindleistung gewonnen. Ist diese Ableitung bei zumindest einem Knoten positiv (d.h. Anstieg der Spannung bei Blindleistungsanstieg), gilt die Lösung als instabil.

Die Ableitungen sind zur Kontrolle in die Ergebnisliste "Ergebnisknoten" eingetragen (Spalte dU/dQ). Bei spannungsgeregelten Knoten entfällt der Eintrag, da hier die Spannung von der Blindleistung unabhängig ist. Führen zum Knoten Zweige mit negativer Reaktanz kann hier das "dU/dq" positiv werden, ohne dass eine instabile Lösung vorliegt. An diesen Knoten löst das positive "dU/dq" nicht den Fehler "instabile Lösung" aus. Negative Reaktanzen enstehen übrigens bei der Nachbildung von Dreiwicklungstransformatoren durch drei Zweige. Diese Nachbildung ist zum Beispiel in Netzen, die aus dem alten UCTE-Format importiert wurden, vorhanden.

Der Test auf instabile Lastfluss-Lösung wird über die Steuerdaten aktiviert. Bisher wurden in keinem realen Netz instabile Lösungen entdeckt. Durch Umformen vieler spannungsgeregelter Einspeisungen in einem UCTE-weiten Netz, welches durch einen zusätzlichen "Datenfehler" bereits vorher an der Konvergenzgrenze war, konnte das Verfahen verifiziert werden.

Achtung das Verfahren ist zeitaufwändig und vervierfacht die Rechenzeit des Lastfluss-Kern. Wurde eine instabile Lösung erkannt, wird die Lösung als fehlerhaft deklariert.

 

16.1.3.13 Blindleistungsbilanzierung (Regelung von Netzgruppen-Blindleistungsaustauschen)

Blindleistungsbilanzierung kann sich hier auf Netzgruppen beziehen. Diese Programmfunktion kann über die Steuerdaten aktiviert bzw. unterdrückt werden ('Blindleistungsbilanzierung'). Im Netz vorgegebene Steuergrößen regulieren den Blindleistungsaustausch der betreffenden Netzgruppe in einem vorgegebenen Sollband. Dieses Sollband kann in der Maske Netzgruppe durch Eintragen eines minimalen und maximalen Wertes für Blindleistungsaustausch definiert werden. Die Steuervariablen sind Einspeisungen (Generator, Netzeinspeisung, Kraftwerksblock, Asynchrongenerator doppelt gespeist und Vollumrichtereinspeisung), Transformatoren mit Stufenstellern in Längsrichtung (Zweiwickler und Dreiwickler) und Kompensationseinrichtungen (Kondensator, Kompensationsdrossel, SVC und STATCOM), die für die Blindleistungsbilanzierung zugelassen sind.

16.1.4 Mathematische und programm-technische Verfahren

16.1.4.1 Lastfluss-Iteration nach Newton-Rahpson

Unter den verschiedenen Methoden zur iterativen Lastflussrechnung hat sich das Newton-Rahpson-Verfahren als sehr leistungsfähig gezeigt. Dieses Verfahren zeichnet sich durch die geringe Zahl an Iterationen, ein gutes Konvergenzverhalten und die damit verbundene kurze Rechenzeit aus. Das vorliegende Programm verwendet ein modifiziertes Newton-Rahpson-Verfahren, das im Falle einer Nichtkonvergenz eine Näherungslösung liefert, aus welcher auf die Ursachen der Nichtkonvergenz geschlossen werden kann.
 

16.1.4.2 Wirklastflussberechnung

Unter den folgenden - in der Praxis oftmals hinreichend erfüllten Bedingungen - sind die Wirkleistungseinspeisungen bzw. -lasten über den Imaginärteil der Admittanzmatrix mit den Spannungswinkeln näherungsweise linear verknüpft:

• Imaginärteile der Längsimpedanzen deutlich größer als die Realteile
• kleine Winkeldifferenzen der Netzknoten
• festes Spannungsniveau der Netzknoten

Damit lassen sich die Lastflussgleichungen ohne Iteration nach den den verbleibenden Zustandsvariablen der Knotenwinkel - die Knotenspannungen werden auf Nennspannung gesetzt - auflösen. Dieses Näherungsverfahren, auch Wirklastfluss oder Gleichstromlastflussmodell genannt, liefert oft hinreichend genau die Wirklastflussverteilung, jedoch keine Aussage über die Spannungs- und Blindlastflussverteilung im Netz (siehe auch Berechnungsart bei Lastfluss).  

16.1.4.3 Technik der schwachbesetzten Matrizen

Beim Speichern der Admittanz- und Funktional-Matrix wird die Technik der schwachbesetzten Matrizen verwendet. Ausgenutzt wird hier die Tatsache, dass der Besetzungsgrad der Matrizen üblicher Netze nur wenige Prozent beträgt. Zum Vergleich: Der Speicherplatz-Bedarf der Funktional-Matrix eines 10000 Knoten-Netzes bei vollbesetzter Speicherung wäre 3.2 Giga-Byte, was auch nach einen modernen PC aus dem Jahre 2006 in die Knie zwingen würde. Bei der im Programm verwendeten schwach besetzten Speicherung sind für die gleiche Matrix nur knapp 3.7 Mega-Byte reserviert, welche je nach Vermaschungsgrad des Netzes mehr oder weniger benutzt werden.

16.1.4.4 Primärregelung

"Die Primärregelung erfolgt durch Einsatz der Drehzahlregler der Turbinen von den Kraftwerksblöcken, die auf Abweichungen der Drehzahl (der Frequenz) von ihrem Sollwert infolge eines Ungleichgewichts zwischen Erzeugung und Verbrauch im gesamten synchronen Verbundnetz reagieren." - UCTE - Grundsätze für den Netzbetrieb

Da mit dem Lastfluß-Programm quasistationäre Netzzustände berechnet werden, findet bei der Nachbildung der Primärregelung keine Frequenzänderung statt. Die Höhe der Wirkleistungseinspeisung, der sich an der Primärregelung beteiligten Einspeisungen, wird hingegen so eingestellt, als ob sie auf eine Frequenzabweichung reagiert hätten und das Ungleichgewicht zwischen Erzeugung und Verbrauch beseitigt wäre.

An der Primärregelung beteiligen sich Generatoren, Kraftwerksblöcke, Netzeinspeisungen, Ersatzquerzweige und Randnetzeinspeisungen unter folgenden Voraussetzungen:

• die Primärregelung ist über die Steuerdaten eingeschaltet ("ja")
• eine primäre Leistungszahl bzw. Ersatzleistungszahl für das betreffende Netzelement ist vorgegeben
• die Wirkleistungseinspeisung (Arbeitspunkt + Regelanteil) liegt innerhalb der vorgegebenen Leistungsgrenzen
• das Netzelement wird nicht für die Sekundär-Regelung in Anspruch genommen

Die Aufteilung des Ungleichgewichts zwischen Erzeugung und Verbrauch auf die sich an der Primärregelung beteiligenden Einspeisungen erfolgt an Hand der primären Leistungszahlen (Kr) dieser Einspeisungen. Je höher die Leistungszahl desto höher der Regelungsanteil der Einspeisung.

Im Programm wird die primäre Leistungszahl rein zum Aufteilen des Ungleichgewichts zwischen Erzeugung und Verbrauch auf die einzelnen Einspeisungen benutzt. Es kommt nicht auf die absolute Größe der primären Leistungszahl an, sondern nur auf das Verhältnis zur Summe aller Leistungszahlen im Netz.

In der Realität ist die primäre Leistungszahl abhängig von der Höhe der Wirkleistungseinspeisung und der Statik der Einspeisung (proportional zur Leistung der Einspeisung und umgekehrt proportional zur Statik der Einspeisung).

Gängige Leistungszahlen erhält man aus folgender Überlegung:

Nach dem 'Grid-Code' (Stand 2000) müssen sich Kraftwerke ab 100 MW mit bis zu 2% ihrer Nennleistung an der Primärregelung beteiligen. Bei einem Frequenzabfall von 0,2 Hz muss die volle Regelleistung eingesetzt werden. Damit ergibt sich der Zahlenwert der primären Leistungszahl zu 10% der Kraftwerks-Nennleistung.

Die Netzleistungszahl des UCTE-Netzes (Summe aller Leistungszahlen im Netz) beträgt 18000 MW/Hz (nach UCTE - Stand 2000).

Da das (europäische bzw. deutsche) Verbundnetz meist als Randnetz mit Ersatzquerzweigen bzw. Boundary-Injections nachgebildet ist, liegt ein großer Anteil des Wirkleistungsregelungspotentials im Randnetz (60-100%) und muss mit entsprechend großen Ersatzleistungszahlen berücksichtigt sein.

Ist die Primärregelung über die Steuerdaten ausgeschaltet ("nein") übernimmt die Slack-Einspeisung den Ausgleich des Ungleichgewichts zwischen Erzeugung und Verbrauch. Die Möglichkeit der Bilanzierung durch die Slack-Einspeisung ist vornehmlich noch aus historischen Gründen im Programm vorhanden (alte Programme können keine Primär-Regelung). Zulässig ist dies bei Grundlastflußrechnung, wenn die Netzdaten aus dem Netzleitsystem stammen und über eine Zustandsschätzung ermittelt wurden - dann gibt es kein Ungleichgewicht zwischen Erzeugung und Verbrauch. Bei Ausfallsimulation mit Ausfall von Einspeisungen führt die Bilanzierung durch die Slack-Einspeisung zu unrealistischen Ergebnissen!

16.1.4.5 Sekundärregelung

"Die Aufgabe der Sekundärregelung einer Regelzone besteht darin,

• die Aufrechterhaltung des vereinbarten Austauschprogrammes zwischen der betreffenden Regelzone und der Gesamtheit der benachbarten Regelzonen, mit denen sie im Verbundbetrieb arbeitet, sicherzustellen;
• die von allen Mitgliedern für den Ausgleich des Ungleichgewichts zwischen Erzeugung und Verbrauch erbrachte Primärregelreserve durch Aktivierung der Sekundärregelreserve der Regelzone in der das Ungleichgewicht aufgetreten ist, abzulösen;
• die Frequenz im synchronen Verbundsystem auf ihren Sollwert zurückzuführen."
  
  

- UCTE - Grundsätze für den Netzbetrieb

Bei einer Störung im Netz (z.Bsp. Kraftwerksausfall) greift zunächst die Primärregelung, bei sich alle Kraftwerke im Verbundnetz beteiligen. Anschließend (spätestens nach 30 sec) beginnt die Sekundärregelung zu arbeiten. Nach spätestens 15 Minuten muß die Sekundärregelung, das Ungleichgewicht innerhalb der betroffenen Regelzone ausgeglichen haben. (UCTE)

Da mit dem Lastfluß-Programm quasistationäre Netzzustände berechnet werden, wird der Zustand nach dem erfolgreichen Greifen der Sekundärregelung nachgebildet. Sekundärregelung kann sich hier auf eine Netzgruppe und/oder Regelzonen und/oder Regelblöcke beziehen - im Folgenden kurz Zone genannt. Die Höhe der Wirkleistungseinspeisungen, der sich innerhalb einer Zone an der Sekundärregelung beteiligenden Einspeisungen, wird so eingestellt, dass die Wirkleistungs-Abgabe (bzw. -Aufnahme) an die Gesamtheit der benachbarten Zonen (Zonenaustauschleistung) einem vorgegebenen Wert entspricht.

An der Sekundärregelung beteiligen sich Generatoren, Kraftwerksblöcke, Netzeinspeisungen, Ersatzquerzweige und Randnetzeinspeisungen unter folgenden Voraussetzungen:

• die Sekundärregelung ist über die Steuerdaten eingeschaltet ("ja")
• das Netzelement liegt innerhalb einer Netzgruppe für die eine Zonenaustauschleistung vorgegeben ist
• eine primäre Leistungszahl bzw. Ersatzleistungszahl für das betreffende Netzelement ist vorgegeben (die primäre Leistungszahl wird auch bei Sekundärregelung benutzt)
• die Wirkleistungseinspeisung (Arbeitspunkt + Regelanteil) liegt innerhalb der vorgegebenen Leistungsgrenzen

Wie bei der Primärregelung erfolgt auch bei der Sekundärregelung die Aufteilung der fehlenden Leistung auf die sich innerhalb der jeweils betroffenen Zone beteiligenden Einspeisungen an Hand der primären Leistungszahlen (Kr) dieser Einspeisungen. Je höher die Leistungszahl desto höher der Regelungsanteil der Einspeisung.

Gesamtnetz, Regelblock, Regelzone und Netzgruppe bilden eine Hierarchie.

• Die Zonenaustauschleistung des Gesamtnetzes ist 0.
• Die Summe der Zonenaustauschleistungen aller Regelblöcke muss die Zonenaustauschleistung des Gesamtnetzes also 0 ergeben.
• Die Summe der Zonenaustauschleistungen aller Regelzonen in einem Regelblock muss die Zonenaustauschleistung des Regelblocks ergeben.
• Die Summe der Zonenaustauschleistungen aller Netzgruppen in einer Regelzone muss die Zonenaustauschleistung der Regelzone ergeben.

 
Sind die Summen pro Gesamtnetz, Regelblock oder Regelzone nicht eingehalten, werden die Zonenaustauschleistungen der darin enthaltenen Zonen angepasst falls ein Ausgleichsfaktor angegeben wurde.
 
Sind nicht für alle Regelblöcke im Gesamtnetz bzw. Regelzonen im Regelblock bzw. Netzgruppen in der Regelzone Zonenaustauschleistungen angegeben übernehmen die Einspeisungen mit Wirkleistungsregelung innerhalb der Zonen ohne Vorgabe einer Zonenaustauschleistung die Bilanzierung des übergeordneten Objekts.

Physikalisch kann für jede Zone im Netz eine Zonenaustauschleistung vorgegeben werden. Aus mathematischen Gründen (zur Vermeidung der Überbestimmtheit) wird zur Lösung des Lastfluß-Problems ein Freiheitsgrad benötigt. Deshalb hebt das Programm intern die Sekundärregelung einer Zone auf (mit Meldung). Hierzu wird bevorzugt die Zone des Slacks benutzt. Da die Summe aller evt. über den Ausgleichsfaktor angepassten Zonenaustauschleistungen exakt dem Wert der übergeordneten Zone entspricht, stellt sich auch für diese Zone die vorgegebene Zonenaustauschleistung ein.

Enthält eine Zone keine Einspeisungen mit primärer Leistungszahl bzw. Ersatzleistungszahl, so kann für diese Zone keine Sekundärregelung durchgeführt werden.

16.1.4.6 Primärregelung durch Lasten

An der Primärregelung durch Lasten beteiligen sich Belastungen und Asynchronmotoren unter folgenden Voraussetzungen:

• die Primärregelung durch Lasten ist über die Steuerdaten eingeschaltet ("ja")
• das Netzelement ist fähig zur Wirkleistungsregelung - Flag 'Regelungsfähigkeit' auf 'ja'
• entweder eine Pseudo-Leistungszahl (Kr) für das betreffende Netzelement ist vorgegeben oder der Faktor zur Berechnung von Kr bei Lasten über die Steuerdaten ist vorgegeben
• die Wirkleistung (Arbeitspunkt + Regelanteil) liegt innerhalb der vorgegebenen Leistungsgrenzen. Bei fehlenden Leistungsgrenzen wird das Netzelement zwischen Null und P0 begrenzt
• das Netzelement wird nicht für die Sekundär-Regelung in Anspruch genommen

Die Aufteilung des Ungleichgewichts zwischen Erzeugung und Verbrauch auf die sich an der Primärregelung beteiligenden Lasten erfolgt an Hand der Pseudo-Leistungszahlen (Kr) dieser Lasten. Je höher die Pseudo-Leistungszahl desto höher der Regelungsanteil der Last.

16.1.4.7 Sekundärregelung durch Lasten

An der Sekundärregelung beteiligen sich Belastungen und Asynchronmotoren unter folgenden Voraussetzungen:

• die Sekundärregelung durch Lasten ist über die Steuerdaten eingeschaltet ("ja")
• das Netzelement ist fähig zur Wirkleistungsregelung - Flag 'Regelungsfähigkeit' auf 'ja'
• das Netzelement liegt innerhalb einer Netzgruppe für die eine Zonenaustauschleistung vorgegeben ist
• entweder eine Pseudo-Leistungszahl (Kr) für das betreffende Netzelement ist vorgegeben oder der Faktor zur Berechnung von Kr bei Lasten über die Steuerdaten ist vorgegeben
• die Wirkleistung (Arbeitspunkt + Regelanteil) liegt innerhalb der vorgegebenen Leistungsgrenzen. Bei fehlenden Leistungsgrenzen wird das Netzelement zwischen Null und P0 begrenzt

Wie bei der Primärregelung durch Lasten erfolgt auch bei der Sekundärregelung durch Lasten die Aufteilung der fehlenden Leistung auf die sich innerhalb der jeweils betroffenen Zone beteiligenden Lasten an Hand der Pseudo-Leistungszahlen (Kr) dieser Lasten. Je höher die Pseudo-Leistungszahl desto höher der Regelungsanteil der Last.

16.1.5 Steuerdaten

16.1.5.1 Grundlastfluss

Bild 16.3 Steuerdaten des Grundlastflusses

16.1.5.1.1 Verfahren der Lastflussberechung

Die Berechnungsart des Lastflusses kann durch Auswahl im Bereich "Verfahren der Lastflussberechung gesteuert werden (siehe auch Lastfluss-Iteration nach Newton-Rahpson und Wirklastflussberechnung)

16.1.5.1.2 Wirkleistungs-Regelung

• Primärregelung
• Sekundärregelung
• Primärregelung durch Lasten
• Sekundärregelung durch Lasten
• Faktor zur Berechnung von Kr

Die Pseudo-Leistungszahl (Kr) der Lasten ergibt sich aus dem Produkt des Faktors zur Berechnung von Kr und dem Betrag der Lasten im Basisfall (P0). Bei der Eingabe der Kr wird der in der Maske eingetragene Wert verwendet.

16.1.5.1.3 Blindleistungs-Regelung

• PV in PQ
  Die Umwandlung von PV-Einspeisungen in PQ-Einspeisungen bei Blindleistungsgrenzverletzungen wird zugelassen.
  siehe auch Umwandlung PV in PQ bei Grundlastfluss
  • langsam
    Die Umwandlung wird in mehreren Schritten durchgeführt. Zunächst werden nur diejenigen Einspeisungen begrenzt, deren Blindleistungswerte weit außerhalb der Grenzen liegen (langsam und vorsichtig). Da sich die PV-Einspeisungen oft gegeneinander beeinflussen, liegen danach vielleicht manche der anderen Blindleistungs-Einspeisungen wieder innerhalb ihrer Grenzen.
  • auch zurück
    Bei einer Begrenzung einer PV-Einspeisung auf die Blindleistungs-Obergrenze sinkt i.A. die Knotenspannung unter die Sollspannung ab. Liegt die Knotenspannung nach der Begrenzung über der Sollspannung, wird angenommen, dass die Blindleistung vorher durch eine andere PV-Einspeisung "aufgesaugt" wurde PV-Einspeisung nun auf die Untergrenze begrenzt wurde. Dadurch ist nun lokal mehr Blindleistung im Netz und die Spannung steigt. Ist das Flag "auch zurück" gesetzt wird nun die Begrenzung der ersten PV-Einspeisung wieder zurückgenommen. Um einen "ping-pong"-Effekt zwischen Freigabe und erneuter Begrenzung zu vermeiden, erfolgt die Rücknahme der Begrenzung nur einmal.
  • PVPQ Switching
    PV-nach-PQ Umwandlung und Rückwandlung zwischen den Iterationsschritten werden zugelassen.
• PQ in PV
  Die Umwandlung von PQ-Einspeisungen in PV-Einspeisungen bei Spannungsgrenzverletzungen wird zugelassen.
  siehe auch Umwandlung PQ in PV bei Grundlastfluss
• Blindleistungs-Grenz-Modell
  Hier können die bei den Einspeisungen individuell gemachten Vorgaben (siehe PQ-Grenzen) auf einfachere Modelle zurückgesetzt werden. Dies ermöglicht zum einen den schnellen Vergleich zwischen den Modellen. Zum anderen kann hier die Funktionalität testweise auf das vor langer Zeit realisierten PQ-Rechteck/Trapez zurückgesetzt werden (durch das Abschalten aller Modelle), falls der Verdacht besteht, dass die neuen Modelle Konvergenz-Probleme verursachen (in Folge von Programmfehlern).
• Blindleistungsbilanzierung
  Die Blindleistungsbilanzierung wird zugelassen. Siehe auch Blindleistungsbilanzierung bei Grundlastfluss

16.1.5.1.4 Variation der Trafostufen

• Spannungshaltung
  Bei eingeschalteter Spannungshaltung wird die Stufenstellung von Transformatoren so eingestellt, dass sich an vorgegebenen Knoten eine vorgegebene Spannung einstellt.
  Siehe auch Spannungshaltung bei Grundlastfluss
• Wirkflussvorgabe
  Bei eingeschalteter Wirkflussvorgabe wird die Stufenstellung von Transformatoren so eingestellt, dass sich über den Transformator ein vorgegebener Wirkfluss einstellt.
  Siehe auch Wirkflussvorgabe bei Grundlastfluss
• Stromkompoundierung
  Bei eingeschalteter Stromkompoundierung wird die Stufenstellung von Transformatoren so eingestellt, dass sich an einen vorgegebenen Anschluss-Knoten eine vom aktuellen Strom abhängige Spannung in einstellt.
  Siehe auch Stromkompoundierung bei Grundlastfluss
• Rundung
  Das Ausschalten der Trafostufen-Rundung ist nur für Testzwecke gedacht - zur Kontrolle, ob die Vorgabewerte exakt eingehalten werden.

16.1.5.1.5 Elemente aus Reduktion

• BI-Ersatznetzflüsse
  Neuberechnung der BI-Ersatznetzflüsse = Vorgabe der Flüsse ins Restnetz
  Dies ist eine nützliche Funktion bei Planungsrechnung, wenn in der Randnetznachbildung Randnetzeinspeisungen verwendet werden.
  siehe auch Randnetzeinspeisungen "Boundary-Injection (BI)"
• "Extended Ward" - Querzweige
  "ja" - Bei eingeschalteter Funktion werden im Datensatz bei Ersatzquerzweigen und Randnetzeinspeisungen vorhandene Leistungsanteile des "Ward Extended" (Nachbildung der Spannungsregelung der reduzierten Netzteile) berücksichtigt.
  "nein" - die "Extended Ward"-Eigenschaft wird ignoriert
  Ein Ausschalten dieser Funktion ist nur bei händisch eingegebenen Werten zum "Ward Extented" sinnvoll. Durch aktive Netzwerkreduktion oder Zustandsestimation generierte Werte sollten auch benutzt werden.
  Durch die Querzweige des "Ward Extended" wird der Einfluss der Spannungsregelung (PV- und Slack-Einspeisungen) der eliminierten Netzteile nachgebildet. Die Querzweige des "Ward Extended" bestehen aus einer PV-Einspeisung und einer vorgeschalteten (Innen-)Impedanz. Die Sollspannung dieser PV-Einspeisung ist die Spannung an den Randknoten vor der Netzwerkreduktion. Der Wert der Impedanz wird durch elektrische Entfernung der PV-Knoten der eliminierten Netzteile bestimmt.

16.1.5.1.6 Sonstiges

• Iterations-Schranke
  Die Lastfluss-Iteration nach Newton-Rahpson wird beendet, wenn der Fehlbetrag der Knotenleistung (Mismatch) an allen Knoten unterhalb der Iterationsschranke liegt. Die Iterations-Schranke gilt sowohl für Wirk- (MW) als auch für Blindleistung (Mvar).
  Die Iterations-Schranke muss an das zu berechnende Netz angepasst sein. Der Defaultwert der Iterations-Schranke von 0.04 MW ist an Hochspannungsnetze angepasst (dann stimmt bei den Leistungsflüssen in MW die 1. Nachkommastelle). Für Mittelspannungsnetze sind diese 40 kW natürlich viel zu hoch - hier wären 0.00004 MW = 40 W angebracht.
  Zu kleine Iterations-Schranken (0.00004 MW im Hochspannungsnetz) können dazu führen, dass die Lastfluss-Iteration infolge numerischer Probleme nicht konvergiert. (Abbruch der Iteration wegen Erreichung der maximalen Anzahl der Iterationsschritte - "mittlere Leistungsabweichung" (Liste: "Iterationsinformation") pendelt mit sehr kleinen Werten zum Beispiel 0.000234, 0.000204, 0.000334)
  Zu große Iterations-Schranken (4 MW im Hochspannungsnetz) führen zu unbrauchbaren Ergebnissen.
• Stromgrenzen
  Hier kann gewählt werden, welcher Strom-Wert bei der Berechnung der Auslastung als 100% gilt. Hier geht es nur um die Bewertung der Auslastung. Die errechneten Wirk- und Blindflüsse des Lastflusses werden von dieser Auswahl nicht beeinflusst.
  Siehe auch Ir und Imax beim Freileitungsabschnitt
• instabile Lösung
  Aktivieren des Tests auf instabile Lösung. Achtung das Verfahren ist zeitaufwwendig und vervierfacht die Rechenzeit des Lastfluss-Kern. Wurde eine instabile Lösung erkannt, wird die Lösung als fehlerhaft deklariert.
• Kritische Spannungen
  Kritische Spannungen sind ein Mass für die Belastbarkeit eines Netzes. Sie zeigen an, wie weit das Netz noch von einem Zusammenbruch entfernt ist.
  Näheres siehe "Beitrag zur Erkennung kritischer Spannungszustände in stark belasteten Übertragungsnetzen" - Dr.-Ing. F.-R.-Graf - etzArchiv Bd.8 (1986) H.4
  und
  "Estimation the Voltage Stabilitx of a Power System" P. Kessel und H. Glavitsch - IEEE Transactions on Power Delivery, Vol.PWRD-1, No. 3 July 1986
  

  Hinweis:

  Die Funktion "Kritische Spannungen" bitte nur bei Bedarf benutzen, die Berechnung ist CPU-Zeit-intensiv (10 fache Rechenzeit)

• Last/Einspeise-Prognose
  Bei Multiplikations-Faktoren können Summenwerte (zum Beispiel die Windprognose eines Gebietes) für Querzweige mit Zuordnung zu dem betreffenden Faktor angegeben werden. Hier kann gewählt werden, ob der Summenwert oder die eigentlichen Multiplikationsfaktoren verwendet werden sollen.
  Siehe auch MF Prognose, Prognose-Faktor

16.1.5.1.7 Auslastungs-Endzeit

Ist die "Berechnung mit zeitabhängigen Auslastungen" angewählt, werden die im Datensatz vorhandenen Überlastfaktoren berücksichtigt. Die hier angegebene Auslastungs-Endzeit bestimmt die Überlaststufe.
Viele Betriebsmittel sind kurzfristig überlastbar. Für kurze Zeitabschnitte gelten höhere Strom-Grenzen als im Dauerbetrieb. In der Maske Überlastfaktor können Überlaststufen für bestimmte Zeitdauern angegeben werden. Die Verknüpfung des Überlastfaktors mit einem Betriebsmittel geschieht durch die Angabe dieses Überlastfaktors in der Betriebsmittelmaske.
Beispiel:
 


Bild 16.4 Überlaststufen für 5 min, 10 min und 20 min eingegeben

Auslastungs-Endzeit 10 min - benutzt wird die Überlaststufe für 10 min = 120 %
Auslastungs-Endzeit 11 min - benutzt wird die Überlaststufe für 20 min = 110 %
Auslastungs-Endzeit 21 min - benutzt wird die die Überlaststufe des Dauerbetriebs = 100 %
Durch die Angabe bei der Auslastungs-Endzeit ändert sich an den berechneten Leistungsflüssen nichts. Es entstehen nur andere prozentuale Auslastungen.

16.1.5.1.8 Berechnung mit Ganglinien

Ist die "Berechnung mit Ganglinien" angewählt, werden die im Datensatz vorhandenen zuordnungen zu Ganglinien berücksichtigt. Hier wird zusätzlich noch der zu berechnende Zeitpunkt der Jahresganlinie definiert.
Die Lastfluss-Berechnung wird für den angegebenen Zeitpunkt der Jahresganglinie durchgeführt. Der Zeitpunkt wird durch die Jahreszeit (Winter, Sommer, Übergang), den Wochentag (Werktag, Sonnabend, Sonntag) und die Uhrzeit festgelegt.
Ganglinien können Belastungen, Asynchronmaschinen, Generatoren, Kraftwerksblöcken (Kraftwerkseinsatzplan), Netzeinspeisungen und Randnetzeinspeisungen zugeordnet werden. Die Werte dieser Objekte werden dann durch den beim angegebenen Zeitpunkt gültigen Wert ersetzt. Bei der Randnetzeinspeisung wird der Fluss ins Restnetz verändert. Betriebsmittel ohne Zuordnung zu einer Ganglinie behalten ihre Eingabewerte.
Bei Ausfallrechnung werden alle Situationen mit Ausnahme der Situationen, die eine Ganglinien-Rechnung enthalten, für den angegebenen Zeitpunkt gerechnet. Dies gilt auch für einen ggf. vorweg gerechneten Grundfall aus dem Auslastungen für automatische Ausfallrechnung etc. entnommen werden. Ganglinien-Rechnungen bestimmen ihre Zeitpunkte selbst.
Bei INTEGRAL6 war eine Vorgabe eines Ganglinienzeitpunktes über die Steuerdaten bei gleichzeitigen Verwendung der Ganglinien-Rechnung in Ausfallsituationen nicht möglich. Dies ist nun nicht mehr der Fall.

16.1.5.1.9 Startspannungs-Winkel bei stark ausgesteuerten PST's

PST's = Phasenschieber-Transformatoren werden zur Lastfluss-Steuerung eingesetzt. Diese Transformatoren bewirken durch die quer-liegende Zusatzspannung eine Winkeldrehung von Eingangs- zur Ausgangs-Spannung. In letzter Zeit werden vermehrt Planungsrechnungen mit großen Winkeldrehungen durchgeführt. Ab einem Winkel von etwa 45 Grad zwischen Eingangs- zur Ausgangs-Spannung konvergiert der Lastfluss nicht mehr. Die dort als Startwerte der Iteration verwendeten Knotenspannungs-Winkel liegen auf 0.0 Grad. Dieses ist dann zu weit vom späteren Ergebnis weg.
Abhilfe sollen die hier einzugebenen Steuergrößen bringen:

• PST's beeinflussen den Startwert des Spannungswinkels
  Über diese Steuergröße wird die Vergabe anderer Startspannungswinkel als 0.0 aktiviert.
  Bitte einschalten, wenn stark ausgesteuerte PST's im Netz vorhanden sind
• Teilnahme an der Startwinkel-Vergabe ab...
  Hier wird der Winkel-Wert (in Grad) definiert ab der ein Phasenschieber-Transformatoren die Startwinkelvergabe beeinflusst.
  Empfohlener Wert: 10 Grad
• Anteil der PST-Winkel am Startwinkel (+-)...
  Die Beinflussung der Startwinkel erfolgt so, dass auf einer Transformator-Seite der Startwinkel erhöht und auf der anderen Transformator-Seite der Startwinkel vermindert wird (nach der Richtung der Winkeldrehung). Hier wird ein Anteil (in p.u.) der gesamten Winkeldrehung definiert, welcher dann auf den Startwinkel einer Seite übertragen wird. Der maximal hier sinnvolle Wert ist "0.5" = 50%. Eine zu starke Beinflussung kann die Konvergenz des Lastflusses auch stören.
  Empfohlener Wert: 0,3 p.u.
• Weitergabe des Winkels an benachbarte Knoten...
  Hier wird definiert mit welchen Anteil der Startwinkel an elektrisch nahe benachbarte Knoten weitergegeben wird (maximal mit "1.0" = 100%).
  Empfohlener Wert: 0,8 p.u.

Die Parametrierung der Startwinkel-Vergabe über diese kryptischen Steuerdaten ist als eine Notlösung anzusehen. Wenn sich eine allgemeingültige Parametrierung finden lässt (was mit den oben empfohlenen Werten vielleicht der Fall ist) oder eine andere Lösung (zum Beispiel langsames Hochfahren der PST in Vorlauf-Iterationen, Wirklastfluss-Vorlauf-Rechnung) erfolgreicher ist, werden diese Steuergrößen wieder aus dem öffentlichen Steuermenü verschwinden.

16.1.5.1.10 AC-Winkel-Regelung von HGÜs

Ist die AC-Winkel-Regelung von HGÜs angewählt, wird im Datensatz bei HGÜ-Kopfstationen die AC-Winkel-Regelung berücksichtigt.

16.1.6 Erweiterte Steuerdaten

Unter "Anhang B Steuerdaten bei Makroaufrufen" befindet sich eine komplette Sammlung aller Steuerdaten. Über einen Makroaufruf lassen sich auch unübliche Steuerdaten wie "/Netzberechnung/Lastfluss/Test: neue FM (alle Steuerdaten mit dem Zusatz "Test" sind unüblich) oder Steuerdaten in Testphase wie "/Netzberechnung/Lastfluss/UStart-Winkel variabel setzen.

16.1.7 Meldungen aus dem Lastfluss-Programm

Durch Plausibilitäts-Prüfung der INTEGRAL-Oberfläche treten viele der hier aufgeführten Meldungen nicht mehr auf, da bei fehlerhaften Netzen das Lastfluss-Programm gar nicht erst gestartet wird. Die Prüfungen im Lastfluss sind aber immer noch aktiv und verhindern, dass bei Umgehung der Plausibilitäts-Prüfung unsinnige Ergebnisse ohne Fehlermeldung geliefert werden. Die Plausibilitäts-Prüfung der Oberfläche wird beim direkten Start des Lastfluss-Programms über ein Makro nicht durchgeführt. In Makros muss die Plausibilitäts-Prüfung bei Bedarf explizit durchgeführt werden. Zudem lässt sich die Plausibilitäts-Prüfung über ein Steuerdatum abschalten (nur aus Makro heraus). Hierdurch kann bei Serien-Rechnungen mit fehlerfreien Netzen Zeit gespart werden.

Einige Probleme werden können auch erst bei der Lastfluss-Rechnung erkannt werden.

Anmerkung zur Programm-Auslegung:
In den meisten älteren Berechnungsprogrammen unter INTEGRAL, wie dem Lastfluss-Programm, wird mit vorreservierten Speicherplätzen gearbeitet. Dies spart beträchtlich Rechenzeit gegenüber der dynamischen Reservierung von Speicherplätzen. Der Nachtteil ist aber, dass keine Netze gerrechnet werden können, welche den vorreservierten Platz überschreiten.
Beim Lastfluss-Programm orientiert sich die Auslegung an der maximalen Knotenanzahl, von dieser sind die maximalen Anzahlen fast aller anderen Objektklassen abgeleitet (einzige Ausnahme Netzgruppen). Die maximale Knotenanzahl beträgt zurzeit 22500 Knoten.
Achtung: Die von Lastfluss-Programm gesehene Knotenanzahl ist nicht mit der Anzahl der Knoten in der Tabelle "Konten und Sammelschienen" identisch. Bei normaler Lastfluss-Rechnung werden Sammelschienen, die mit einer geschlossenen Kupplung verbunden sind zu einem Knoten zusammengefasst. Dies vermindert die Knotenanzahl. Hinzu kommen aber Lastfluss-interne Hilfsknoten, wie der Sternknoten bei der Nachbildung von Dreiwicklungstransformatoren als 3 Einzel-Transformatoren (je ein Knoten pro Dreiwicklungstransformator). Zusätzliche Bedingungen, wie die Einhaltung von Netzgruppensalden bei Sekundärregelung werden wie Knoten behandelt und erhöhen deshalb auch die interne Knotenanzahl. Extrem erhöht sich die Knotenanzahl, wenn das Lastfluss-Programm den Export des UCTE-Datensatzes übernimmt und hierbei auch Kuppelungen exportiert werden sollen. Gegenüber der normalen Lastfluss-Rechnung kommen hier pro Kupplung 2 "Knoten" hinzu (ein Knoten für die angekuppelte Sammelschiene und ein "Knoten" für die Bedingung, dass an den gekuppelten Sammelschienen dieselbe Knotenspannung ist).

 

16.1.8 Abhilfe bei Konvergenzproblemen

16.1.8.1 Hintergrund der Konvergenzprobleme

Das Lastfluss-Problem ist durch die Vorgabe von Leistungen nichtlinear (die Leistungsflüsse sind vom Spannungsquadrat abhängig). Es kann deshalb nur iterativ und nicht geschlossen (wie zum Beispiel das Kurzschluss-Problem) gelöst werden.

In dem hier verwendeten Lösungsfahren nach Newton-Raphson werden die Lastfluss-Gleichungen im jeweiligen Arbeitspunkt linearisiert (die erste Ableitung wird gebildet) und dann die Nullstelle der linearen Funktion bestimmt. Man kann sich das so vorstellen, als läge man eine Tangente an eine beliebig gebogene Kurve und bestimme dann den Durchgang der Tangente durch die X-Achse (in der Hoffnung das dies in etwa auch der Nulldurchgang der gebogenen Kurve ist). Das Verfahren fünktioniert umso besser je näher man der Lösung ist. Es kann sein, dass die gebogene Kurve gar keinen Nulldurchgang hat. Dann hat das Lastfluss-Problem keine Lösung und der Lasfluss konvergiert nicht. In diesem Fall liefert das Programm das Minimum der Kurve und deklariert dies als Näherungslösung (die Kirchhoff'schen Gesetze sind nicht erfüllt!).

Hintergrund dafür, dass es nicht unbedingt eine Lösung gibt, ist die Tatsache, dass man nicht beliebig viel Leistung über einen Zweig transportieren kann. Der Leistungstransport erzeugt einen Spannungsabfall über den Zweig. Dieser vermindert die Spannung am Ende des Zweigs (Ausnahme Transport von kapazitiver Blindleistung). Da die Leistung ein Produkt aus Spannung und Strom ist, ist nun ein höherer Strom notwendig. Dieser erhöht nun wiederum den Spannungsabfall über die Leitung usw.. Wenn der Spannungsabfall etwa die Größe der Spannung an Zweig-Ende erreicht hat, wird die mathematisch maximal mögliche Leistung über den Zweig transportiert. Für die Anforderung eines höheren Leistungstransports gibt es keine Lösung mehr. Technische Grenzen (maximal zulässige Ströme, minimal zulässige Spannung) sind in diesem Fall schon weit überschritten. Reale Netze liegen nicht in der Nähe der Konvergenzgrenze! Durch Eingabefehler, beim Experimentieren in der Nähe der Konvergenzgrenze oder durch einen ungünstigen Iterationsverlauf infolge schlechter Startwerte kann es aber trotzdem zur Nicht-Konvergenz kommen. Im Folgenden geht es um das Finden von Eingabefehlern bzw. unerfüllbaren Vorgaben, welche die Nicht-Konvergenz verursachen. Bei Experimenten in der Nähe der Konvergenzgrenze weis man in der Regel wodurch die Nicht-Konvergenz ausgelöst wird, weil man es selbst provoziert hat. Auf die Startwerte hat man als Anwender keinen Einfluss. Die Eingabemöglichkeit über versteckte Steuerdaten ist nur zum Experimentieren gedacht. Hier ist der Programmierer gefordert. Die Nicht-Konvergenz kann natürlich auch durch einen bisher unentdeckten Programmfehler ausgelöst werden. Dies besonders bei frisch programmierten Funktionalitäten wahrscheinlich (dann bitte FGH benachrichtigen).

16.1.8.2 Iterationsinformation

Die Iterationsinformation ist so etwas wie das Herz der Lastfluss-Rechnung. Bei konvergierenden Lastfluss-Berechnungen interessiert die Iterationsinformation normalerweise garnicht. Erst bei Nichtkonvergenz wird zum Hilfsmittel bei der Findung der Ursache. Mit etwas Erfahrung kann man aus dem Iterationsverlauf in manchen Fällen direkt auf die Ursache schließen. Deshalb hier zunächst einige Erläuterungen zu dieser oft wenig beachteten Ergebnistabelle.

Bild 16.5 Iterations-Information - Beispiel für einen gutmütigen Iterations-Verlauf

In Bild 16.5 ist ein gutmütiger Iterationsverlauf dargestellt. In nur 2 Schritten ist die Lösung erreicht. Es handelt sich hierbei allerdings auch um ein Mini-Netz, wie man an Hand der gemeldeten "konvergenten Knoten" sieht. UCTE-weite Netze konvergieren bei einem glatten Iterationsverlauf aber auch innerhalb von etwa 7 Schritten. Als konvergent gilt ein Knoten, wenn die Abweichung der aus den aktuellen Spannungen berechneten Wirk- und Blindleistung von den Sollwerten ("Mismatch") kleiner als die Iterationsschranke ist. Die Abweichungen werden quadriert, aufaddiert und durch die Anzahl der Knoten im Netz dividiert. Anschließend wird aus diesem Wert die Wurzel gezogen. Ergebnis ist die "mittlere Leistungsabweichung". Dieser Größe startet bei recht großen Werten und nähert sich im Verlauf immer mehr dem Wert null. In der Nähe der Lösung verbessert sich der Wert um mindestens 2 Zehnerpotenzen. Ein Verschlechterung der "mittleren Leistungsabweichung" (d.h. eine Divergenz) wird vom Programm durch Verkürzung der Schrittweite verhindert. Hier beim gutmütigen Iterationsverlauf ist die "Schrittweite" durchgehend 1.0. Die Schrittweite ist hier als Faktor zur Veränderung der Spannungen und sonstigen Systemgrößen zu verstehen. Die "1.0" entspricht einer Verstellung bis zum Nulldurchgang der Tangente (siehe oben).

Bild 16.6 Iterations-Information - Beispiel für eine Nicht-Konvergenz

Bild 16.6 ist das Gegenbeispiel zu Bild 16.5. Ab dem 2. Schritt kann eine weitere Verbessung der "mittleren Leistungsabweichung" nur durch eine immer drastischer werdende Schrittweitenverkürzung erreicht werden. Schließlich ist die Schrittweite so klein, dass die Änderungen bei den Systemgrößen unbedeutend sind. Es tut sich nichts mehr. Die Lastfluss-Lösung ist nicht konvergent. Es wird eine Näherungslösung geliefert.

Bild 16.7 Iterations-Information - Beispiel für einen schleppenden Iterations-Verlauf

Hier konvergiert de Lastfluss zwar, allerdings ist der Iteratonsverlauf schleppend. Hier kann ein Problem versteckt sein, welches bei späterer Ausfallrechnung dann doch zur Nichtkonvergenz führt.

Die Meldung "fragwürdiger Spannungsbetrag ..." verweist auf eine Sammelschiene, in deren Nähe sich ein Problem befinden könnte. Über die beiliegenden Schaltflächen lässt sich die Maske der Sammelschiene öffnen, bzw. wird die Sammelschiene in der Grafik angesprungen (wenn sie dort vorhanden ist).
Hintergrund der Meldung ist eine Kontrolle bei der Korrektur der Knotenspannungen während der Lastfluss-Iteration. Hierbei werden Verstellungen auf über 200% und unter 20% der Nennspannung nicht zugelassen. Als Folge davon wird die Verstellung aller Größen solange vermindert bis die Spannungsbeträge in dem hier zugelassenen Bereich sind. Dies äußert sich im Beispiel durch die Schrittweite "0.5". D.h. die Hälfte der Verstellung, welche im linearisierten Modell zur direkten Lösung führen würde.
Hier kann es auch zur Meldung von unsinnigen negativen Spannungsbeträgen kommen. Diese ergeben sich einfach aus einer Differenzbildung und werden natürlich nie eingestellt.
Zu große Verstellungen der Transformatorstufenstellungen werden hier auch abgefangen und gemeldet. Die Grenze liegt hier beim 10 fachen des Regelbereichs.

Bild 16.8 Iterations-Information - Die Begrenzung der Blindleistung teilt die Lastfluss-Lösung hier in 2 Teil-Lösungen

Oft besteht die Lastfluss-Lösung aus mehreren hintereinanderliegenden Teil-Lösungen. Dazwischen erfolgen Begrenzungen von Wirk- und Blindleistungen, das Begrenzen oder das Runden der Transformatorstufenstellungen usw.. Im Prinzip alle Funktionen/Aktionen, die nicht stetig differenzierbar sind und deshalb keinen Platz in der Funktionalmatrix haben. Tritt die Nichtkonvergenz bereits in einer der ersten Teil-Lösungen auf, erschweren die nachfolgenden Teil-Lösungen die Problem-Analyse. In diesem Fall kann man entweder Funktionen (PV-PQ-Umwandlung, das Runden der Transformatorstufenstellungen usw.) über die Steuerdaten abschalten oder man bricht die Lastfluss-Iteration am Ende der ersten nicht konvergenten Teil-Lösung ab. Hierzu dient das folgende Makro:

        function iterations_abruch() {
           Netz.setze_steuerdatum("/Netzberechnung/Lastfluss/Test: Iterations-Abbruch nach","nnn");
        }
        

"nnn" steht hier für die Iterations-Schritt-Nummer des letzten Iterationschrittes der ersten nicht konvergenten Teil-Lösung. Dadurch wird die Lastfluss-Iteration nach diesem Schritt abgebrochen. Die Ergebnisse der ersten können analysiert werden ohne dass nachfolgende Teil-Lösungen mit Folge-Problemen alles durcheinander bringen.

Bitte setzen Sie später "nnn" wieder auf "999", sonst werden dann auch normale Iterationen abgebrochen.

16.1.8.3 Testweises Abschalten von Steuerdaten

Manchmal wird die Nicht-Konvergenz durch spezielle über die Steuerdaten abschaltbare Funktionalitäten hervorgerufen. Konvergiert der Lastfluss nach dem testweisen Abschalten der Funktionalität, wurde die vorherige Nichtkonvergenz durch zu dieser Funktionalität gehörenden Objekten hervorgerufen. Zum Beispiel muss man, falls der Lastfluss nach dem Abschalten der Spannungshaltung konvergiert, die Transformatoren mit Spannungsregelung untersuchen. Bitte beachten Sie während des Test auch die Iterationsinformation. Verbessert sich bei Nichtkonvergenz der Iterationsverlauf drastisch, hat man gerade das erste von mehreren Problemen entdeckt.

16.1.8.4 Große Abweichungen vom PQ-Sollwert suchen

Bei Nicht-Konvergenz sind die Kirchhoffschen Regeln nicht erfüllt. Deshalb kommt es an den Knoten zu Abweichungen zwischen dem Ist- und Sollwert der Wirk- und Blindleistungen ("mismatch"). Oft befindet sich das die Nicht-Konvergenz auslösende Problem in der Nähe der größten Abweichungen im Netz.

Bild 16.9 Ergebnistabelle Ergebnisknoten - Suchen nach den größten Abweichungen vom PQ-Sollwert

Öffnen Sie die Ergebnistabelle "Ergebnisknoten". Sortieren Sie "P mismatch" bzw. "Q mismatch" aufsteigend bzw. absteigend - manchmal muss man alle 4 Möglichkeiten durchprobieren. Vielleicht fällt dabei eine besonders große Abweichung auf (wie im Bild 16.9). Man kann die betreffende Zeile auch mit der "Alt"-Taste in die Grafik ziehen. Dann wird dieser Knoten angesprungen. Untersuchen Sie dann die Umgebung dieses Knotens auf Unstimmigkeiten. Im Beispiel von Bild 16.9 ist die Wirkleistung des Asynchron-Motors um eine Zehner-Potenz zu hoch.

16.1.8.5 Starke Spannungseinbrüche suchen

Bei Nicht-Konvergenz kommt es oft zu starken Spannungseinbrüchen. Meist befindet sich das die Nicht-Konvergenz auslösende Problem in der Nähe der niedrigsten Spannungen im Netz.

Bild 16.10 Ergebnistabelle Ergebnisknoten - Suchen nach starken Spannungseinbrüchen

Öffnen Sie die Ergebnistabelle "Ergebnisknoten". Sortieren Sie "U/Un" aufsteigend. Spannungslose Knoten können Sie mit der Bedingung "> 0" ausblenden. Hier wurde das selbe Beispiel wie in Bild 16.9 benutzt. Der Knoten des starke Spannungseinbruchs ist derselbe Knoten wie der Knoten mit der größten Abweichung vom PQ-Sollwert. In der Iterations-Information wird auf dieser Knoten mit der Meldung "fragwürdiger Spannungsbetrag ..." ebenfalls hingewiesen. Es ist allerdings nicht immer der Fall, dass sich alle Hinweise so auf einen einzigen Knoten konzentrieren. Manchmal zeigen die Hinweise auf völlig "unschuldige" Knoten. Das Problem ist aber meist nicht (elektrisch) weit davon entfernt.

16.1.8.6 Riesige Flusswerte suchen

Bild 16.11 Ergebnistabelle Flüsse (3-phasig) - Riesige Flusswerte

Öffnen Sie die Ergebnistabelle "Flüsse (3-phasig)". Sortieren Sie "Q" ab- oder aufsteigend. Unnatürlich hohe Flusswerte, wie im Beispiel Blindflüsse im 3-stelligen Gvar-Bereich sind verdächtig. Eventuell lohnt es sich auch die "P"-Spalte nach zu großen Wirkflüssen zu durch suchen (besonders, wenn stark ausgeregelte Phasenschieber-Transformatoren (PST's) im Netz sind.

16.1.8.7 Probleme nach PV/PQ-Umwandlung analysieren

Am Anfang der der Lastfluss-Iteration wird die Blindleistung von PV-Einspeisungen als unbegrenzt angenommen (zumindest während der ersten Teil-Lösung). Im Anschluss erfolgt dann eine Begrenzung derjenigen Einspeisung, die über ihre Grenzen geregelt wurden. Danach kann es sein, das nun der Lastfluss nicht mehr konvergiert, weil irgendwo lokal zu wenige spannungsregelnde Einspeisungen aktiv sind. Als Notlösung wird die PV/PQ-Umwandlung wieder zurück genommen. Die Lastfluss-Lösung gilt nun aber als fehlerhaft, da Blindleistungs-Grenzen verletzt sind.
...

Bild 16.12 Nach der Begrenzung von Blindleistungseinspeisungen konvergiert der Lastfluss nicht mehr

Für die Nicht-Konvergenz sind meist nur wenige der Blindleistungseinspeisungen mit Grenzverletzungen verantwortlich. Mit Hilfe der Symbole zum Öffnen der Maske (siehe roter Pfeil in Bild 16.12) können für alle hier betroffenen Einspeisungen die Begrenzungen abgeschaltet werden - siehe Flag "Test: Blindleistung unbegrenzt" in der Maske unter "Einspeisung". Anschließend schaltet man nacheinander die Begrenzungen wieder ein, bis die Nicht-Konvergenz nach der Begrenzung wieder auftritt. Hierzu filtert man die betroffenen Netzeinspeisungs- Generator- usw. Tabellen auf das gesetzte Flag "Test: Blindleistung unbegrenzt" (leider gibt es für die gemeinsamen Attribute von Einspeisungen noch keine Tabelle bzw. Maske - analog zu Sammelschiene/Knoten). Geschickt ist es auch die betroffenen Objekte in einer nie benutzten Spalte zu markieren (zum Beispiel zum Beispiel bei "Grenzkosten" eine "1" eintragen) und dann auf diese Spalte zu filtern (statt auf das Flag). Dann bleibt die Filterung auch bei Umschaltung des Flags erhalten. Nach dem Abschluss der Analyse sollte man natürlich die Markierung wieder entfernen.

Sind sowohl Ober- als auch Untergrenzen verletzt, beginnt man mit der Abschaltung bei den Begrenzungen nach oben. Wenn der Lastfluss danach konvergiert, kann man sich die Untersuchung der Begrenzungen nach unten sparen.

Wurden viele Blindleistungseinspeisungen begrenzt, ist das einzelne Abschalten über die Maske langwierig. Für Spezialisten mit etwas MS-Excel-Erfahrung empfehle ich fogenden Weg:

Bild 16.13 MS-Excel-Tabelle zur Abschaltung der Begrenzung von Blindleistungseinspeisungen - Aktion: das "ja" an echter/unterer Ecke nach unten ziehen

• Die Spalten "Schlüssel" und Flag "Q unbegrenzt" nach MS-Excel exportieren
  hierzu die Tabelle auf die beiden Spalten reduzieren (über Einstellungen - "alles aus" ...), die erste Zeile markieren (anklicken), "Strg/C" dann in Excel "Strg/V"
• in Excel die 3. Zeile löschen - es wird nur der Kopf als Vorlage für das spätere Einfügen benötigt
• die Ergebnistabelle "Regelung Blindleistung" öffnen und auf "Schlüssel", "U-Grenze" und "O-Grenze" beschränken
• die "Grenz"-Spalten auf "verletzt" filtern (2 mit oder verknüpfte Bedingungen)
• die "Grenz"-Spalten ausblenden - zum Beispiel durch Rechtsklick in den Tabellenkopf -hierbei bleibt die Filterung erhalten
• alle Zeilen markieren, kopieren und in Excel ab der 3. Zeile einfügen ("Strg/A", "Strg/C" und dann in Excel "Strg/V"
• in Excel die 3. und 4. Zeile löschen (das ist der Kopf der Ergebnis-Tabelle)
• die Spalte "Q unbegrenzt" mit "ja" füllen - Eintrag "ja" in Zelle B3, dann an rechter/unterer Ecke nach unten ziehen
• Spalte A und B in Excel markieren, kopieren und in INTEGRAL in die betroffene(n) Einpeisungs-Tabelle(n) einfügen ("Strg/C" und dann in INTEGRAL Klick zum Beispiel in die Netzeinspeisungs-Tabelle und "Strg/V")
  sind mehrere Typen von Einspeisungen betroffen (zum Beispiel Netzeinspeisungen, Generatoren, VSC-HGÜ-Einspeisungen) darf die Excel-Tabelle in alle betroffenen Tabellen eingefügt werden, für die dort nicht vorhandenen Objekte entstehen Warnungen - bitte ignorieren)

Statt über MS-Excel können Sie auch den Weg über eine CSV-Datei wählen und diese dann in einem Ascii-Editor bearbeiten, dies ist dann nur etwas komplizierter. Zudem besteht der Tabellenkopf dann aus 3 Zeilen:

    Allgemein;Lastfluss;
    Schlüssel;Q unbegrenzt;
    ;;
    SO-·FG/NE-FG1 FG1;ja;
    SO-·FG/NE-FG2 FG2;ja;
    SO-·C3/NE-Test_U;ja;
    

Mehr zum Export und Import in Tabellen finden Sie hier.

Achtung:
Konvergiert der Lastfluss nach der Rücknahme der Begrenzung der Blindleistungsregelung immer noch nicht, ist die Blindleistung nicht die Ursache des Problems! Betrachten Sie dann bitte die im selben Schritt begrenzten Wirkleistungen. Bzw. stellen Sie fest, welche Wirkleistungsregelungen noch aktiv sind und ob die dort angeschlossenen Zweige die Regel-Wirkleistung auch transportieren können. Vielleicht liegen Fehler in der Salden-Vorgabe von Netzgruppen/Regelzone/Regelblöcken vor.

16.1.8.8 Transformator-Regelungs-Probleme erkennen

Nachdem ein Problem im Zusammenhang mit der Spannungsregelung von Transformatoren erkannt wurde (der Lasfluss konvergiert nach Abschaltung dieser Funktionalität), muss der bzw. die betroffene(n) Transformator(en) gefunden werden.

Hinweise können in der Iterations-Information vorhanden sein - bei stark ausgesteuerter Stufenstellung: "fragwürdige Stufenstellung".

Unter "Extras" gibt es "Prüfen der spannungsregelnden Transformatoren". Allerdings werden dort meist zuviele Transfomator-Regelungen angezweifelt.

Zut Not bleibt nur die Spannungsregelung der Transformatoren gruppenweise oder einzeln abzuschalten und so die Anzahl der betreffenden Transformatoren weiter einzugrenzen:

• Selektrieren der spannungsregelnden Transformatoren
• Eventuell markieren dieser Transformatoren in einer nie benutzten Spalte (zum Beispiel Betriebskosten) und dann Selektion auf diese Spalte
• gruppenweises Abschalten der Spannungsregelung, bis der Lastfluss konvergiert
• dann Rücknahme des Abschalten der Spannungsregelung und verkleinern der Guppen

Zuerst sollte hier probiert werden ob Zwei- oder Dreiwicklungs-Transformatoren betroffen sind.

Die Probleme werden meist von Transformatoren-Paaren verursacht. Es kann mehr als ein Transformator-Regelungs-Problem im Netz geben.

16.1.8.9 Hintergründe der Schrittweitenverkürzung

Im Normalfall arbeitet das Verfahren mit der Schrittweite 1.0. In 2 Fällen wird die Schrittweite reduziert:

1. Wenn die mittlere Leistungsabweichung nach dem Schritt höher sein würde als nach dem Schritt (=Verschlechterung)
   Hierbei wird die verkürzte Schrittweite mit einer Parabel-Näherung ermittelt - siehe Bild 16.6
2. Wenn sich durch die Schrittweite 1.0 Spannungen kleiner als 20% oder größer als 200% einstellen würden. Das Gleiche gilt, wenn Stufenstellungen, den Regelbereich weit überschreiten (über dem 10fachen der maximale/minimalen Stellung). Hier wird die Schrittweite so eingestellt, dass die Verletzung der genannten Grenzen gerade nicht geschieht.
   Die Verletzung der Grenzen wird gemeldet "fragwürdige Spannung"/"fragwürdige Stufenstellung". Diese Meldungen sind ein Anhaltspunkt für die Suche nach Modellierungsfehlern im Netz.

Bild 16.14 Iterations-Verlauf mit fragwürdigen Spannungen
In diesem Beispiel treten im Schritt 10, 13 und 14 unsinnige Spannungsbeträge auf. Gelistet wird jeweils der für einen Schritt schlimmste Fall (die Spannungsänderung die zur kleinsten Schrittweite führt). Um die unsinnigen Werte der Schritte untereinander vergleichen zu können, wird der Wert immer so angegeben, als ob die Schrittweite 1.0 wäre, auch wenn die wirklich benutzte Schrittweite einige Zehnerpotenzen darunter liegt.
Durch diesen Bezug des unsinnigen Wertes auf Schrittweite 1.0, fällt im Beispiel der viel zu hohe Wert bei "STADTL" auf. Dort liegt dann auch tatsächlich das Modellierungs-Problem.
Leider liegt das Problem nicht immer direkt dort, wo eine fragwürdige Spannung gemeldet wird (meist aber in der Nähe). Es werden standardmäßig bis zu 3 zweifelhafte Spannungen pro Schritt gemeldet. Diese Anzahl lässt sich bis auf 100 erweitern. Dann wird es aber unübersichtlich. Etwa 10 zweifelhafte Spannungen/Stufenstellungen sind gerade noch handhabbar - siehe Bild 16.16. Als Hilfsmaßnahme schlage ich den Einbau von künstlichen PV-Einspeisungen an den Knoten vor, die zwar gemeldet werden, bei denen aber kein Modellierungs-Problem vorliegt.
In Schritt 10 und 13 würde der Spannungsbetrag formal sogar negativ werden. Dies wird aber die Schrittweitenverkürzung verhindert.
Die Schrittweite im 11. Schritt (0.5) kommt daher, dass nach einer starken Verkürzung (vorher 0.0783) nicht auf Probe-Schrittweite 1.0 sondern auf eine kleinere Probe-Schrittweite umgeschaltet wird.
Die Schrittweitenverkürzung im 12. Schritt kommt durch eine Parabel-Näherung (siehe Fall 1).

Bild 16.15 Iterations-Verlauf mit fragwürdigen Stufenstellungen
Dies ist ein Netz, in dem Spanungsregelungen von Transformatoren gegeneinander arbeiten.
Im Schritt 1 treten bereits extreme Überschreitungen der Regelgrenzen auf (Stufe -4476 bei minimaler Stufe von -13). Durch die verkürzte Schrittweite von 0.0283786 wird die Stufe auf ca. -129 begrenzt (ca. 10 mal so viel wie möglich - im Iterationsverlauf muss ein Überschwingen in Maßen erlaubt sein). Im 2. Schritt ist die Verlauf der "mittleren Leistungsabweichung" bereits schon nahezu waagrecht. Zum liegt die betroffene Stufe nun schon ganz nahe an der Grenze. Somit kann nur durch eine extrem kleine Schrittweite eine Verletzung vermieden werden. Die ermittelte Schrittweite ist hier sogar leicht negativ. Praktisch ist die Schrittweite aber gleich null. Das heißt hier tut sich nichts mehr, das Ende der Iteration ist erreicht, der 2. Schritt muss auch nicht mehr vollständig durchgeführt werden (und fehlt deshalb oben in der Iterations-Information).

Bild 16.16 Iterations-Verlauf mit 10 fragwürdigen Stufenstellungen pro Schritt
Hier wurde die Anzahl der Meldungen von fragwürdigen Spannungen/Stufenstellungen pro Schritt auf 10 erhöht. Dies kann über folgendes Makro geschehen

        
        function zweifelhafte_spannungen() {
           Netz.setze_steuerdatum("/Netzberechnung/Lastfluss/fragwuerdige Spannungen","10");
        }
        

Die bei fragwürdiger Spannung/Stufenstellung angegebenen Werte sind die Werte, die sich bei Korrektur mit der Schrittweite 1.0 ergeben würden. Dadurch sind die Werte unterschiedlicher Schritte mit unterschiedlichen Schrittweiten vergleichbar. Fragwürdige Stufenstellungen und fragwürdige Spannungen werden getrennt gelistet und sind jeweils nach der "neuen Schrittweite" aufsteigend sortiert. Diese neue Schrittweite ist diejenige Schrittweite, welche bei Korrektur der betreffenden Stufenstellung bzw. Spannung nicht zu völlig unsinnigen Werten führt. Da Spannungsbeträge und Stufenstellungen bei halbwegs vernüftigen Werten starten, führt die kleinste hier aufgeführte Schrittweite bei keiner Spannung und keiner Stufenstellung zu völlig unsinnigen Werten. Diese kleinste hier aufgeführte Schrittweite wird dann für die Ausführung des Schrittes benutzt.

Über die Maskenfunktion bei der Meldung (vorletzte Schaltfläche) kann man die Spannungshaltung der betroffenen Transformatoren einzeln abschalten. Dadurch lässt sich verifizieren, dass die Nicht-Konvergenz durch diese Transformatoren ausgelöst wird. Im Netz waren etwa 60 Transformatoren mit diesem oder einem ähnlichen Modellierungs-Problem. Wenn man die Anzahl der Meldungen von fragwürdigen Spannungen/Stufenstellungen auf ihren Maximal-Wert von 100 stellt, bekommt man alle betroffenen Transformatoren gelistet. Allerdings ist diese Liste dann schon sehr unübersichtlich. Zumal man sich um jeden Transformator einzeln kümmern muss.