Beratung und Planung für Übertragungsnetze

Aufgrund unzureichender Netzstrukturen und alternder Betriebsmittel führen das hohe Wachstum und der Ausbau der Energieerzeugung in bestehenden Übertragungsnetzen häufig zu Engpässen und Performanceproblemen. Zusätzliche Herausforderungen entstehen durch die Verknüpfung und Integration einer immer größeren Anzahl von Teilsystemen. Zur Erhöhung der Zuverlässigkeit und Effizienz in Übertragungsnetzen bietet Siemens PTI folgende Leistungen an:

• ­Erarbeitung eines Netzentwicklungsplans, mit dem die steigenden Anforderungen an Last und Spannungsqualität Schritt für Schritt angegangen werden können
• ­Erstellung eines optimal abgestimmten und soliden Netzmodells für stationäre und dynamische Berechnungen
• Überprüfung von Lastabwurfverfahren
• ­Übertragungsnetzkonzepte für Großstädte
• Training und Management Consulting

Neue Erzeugungseinheiten wie hocheffiziente Gas- und Wärmekraftwerke, Wind- und Solarparks müssen die vereinbarten Netzanschlussregeln erfüllen. Für Übertragungsnetz- und Anlagenbetreiber, Investoren und Hersteller von Erzeugungseinheiten bietet Siemens PTI folgende Studien an:

• Überprüfung der Erfüllung von Netzanschlussregeln
• ­Revision der Netzplanung mit erhöhter Erzeugung aus erneuerbaren Energiequellen
• Machbarkeits- und Anlagenstudien mittels Lastfluss- und Kurzschlussberechnungen sowie Ermittlung von maximalen Übertragungskapazitäten
• Analysen der dynamischen Stabilität zur Festlegung von Betriebsmittelanforderungen, z.B. umrichterbasierte Einspeisung
• Transiente Studien, d.h. Studien zu Schaltvorgängen, Blitzschutz, Einschaltstrom
• Ermittlung und Optimierung erforderlicher Investitionen

Jedes elektrische Netz ist ständig wechselnden – geplanten oder ungeplanten – Betriebsbedingungen ausgesetzt. Mit Stabilitätsanalysen können eine zuverlässige Energieversorgung sichergestellt und eventuelle Ausfallkosten vermieden werden. Siemens PTI bietet dazu unter anderem folgende Leistungen an:

• Analyse von transienter, Polradwinkel-, Spannungs-, Kleinsignal- und Frequenzstabilität
• Regelungskonzepte für die Dämpfung von Lastschwingungen
• Simulation und Analyse des dynamischen Netzverhaltens zur Ermittlung geeigneter Maßnahmen zur Verbesserung der Netzstabilität
• Ermittlung von Maßnahmen zur Gewährleistung eines sicheren und zuverlässigen Betriebs, auch bei hohen Lasten

Hochspannungs-Gleichstrom-Übertragungen (HGÜ, DC), die Zusammenschaltung von Fernnetzen und fortlaufende Kopplungen gewinnen weltweit an Bedeutung. Werden beispielsweise Windparks weit von der Küste entfernt installiert, müssen große Mengen an Energie und Leistung über lange Strecken transportiert werden. In solchen Fällen sind Wechselstrom-Lösungen (AC) oft nicht mehr umsetzbar oder zu kostspielig. Auch in Inselnetzen ohne Eigenerzeugung oder bei einem geringen Anteil an Synchronmaschinen werden heute hybride AC/DC-Konzepte eingesetzt. Als Partner für die Planung neuer HGÜ-Anwendungen bietet Siemens PTI folgende Leistungen an:

• Bewertung und Überprüfung von HGÜ als Lösung für die Energieübertragung über lange Strecken mittels Lastflussanalyse und dynamischer Berechnungen
• Entwicklung von Lösungen für die Netzkopplung und verbesserte Systemstabilität
• Analyse der Auswirkungen auf die Frequenz- und Spannungsstabilität sowie Festlegung von geeigneten Regelstrategien
• Dynamische Analyse von Inselnetzen mit HGÜ als Haupteinspeisung und Überprüfung ihrer Schwarzstart-Fähigkeit

• Serienkompensation an Übertragungsleitungen ist eine kostengünstige Methode, um die Übertragungskapazität zu erhöhen, birgt aber für nahe gelegene Anlagen das Risiko für subsynchrone Resonanzen (SSR). Diese können zu schlecht gedämpften, ungedämpften oder sogar verstärkten Schwingungen auf Generatorwellen führen. Um das Risiko für SSR zu vermeiden, bietet Siemens PTI:
• Simulation und Analyse von SSR-Erscheinungen, z.B. mittels Eigenwertanalyse, Frequenzanalyse und Analyse von Drehmomentspitzen
• Ermittlung geeigneter Gegenmaßnahmen, wie beispielweise
  - Vermeidung bestimmter Topologien, Bypasskondensatoren, reduzierte Energieerzeugung
  - Austausch von Wellenkomponenten, Transformatoren, Reihenkondensatoren
  - Passive oder aktive Regelung, Überwachung der Wellenbeanspruchungen

Schutzsysteme sind für die Systemsicherheit entscheidend, da sie die Auswirkungen von Störungen auf das Netz begrenzen. Dadurch, dass unsere Übertragungsnetze kontinuierlich wachsen und sich die Betriebsbedingungen schnell verändern, wird die Berechnung, Überprüfung und Validierung von Schutzeinstellungen zu einer komplexen Aufgabe. Mit SIGUARD^® PSA bietet Siemens PTI:

• Simulation der Selektivität, Sensitivität und Reaktionszeit des Schutzsystems für verschiedene Netz- und Betriebszustände
• Schnelle Durchführung von Netzschutz-Sicherheitsbewertungen für die zuverlässige Ermittlung der Schutzeinstellungen
• Verbesserung des Schutzsystems durch regelbasierte Korrektur der Schutzeinstellungen oder eine systemübergreifende Optimierung der Schutzeinstellungen

Messungen, Entwicklung von Blitzschutz- und Erdungskonzepten, Leistungsbeurteilung der installierten Systeme und entsprechende Störungsanalysen.

Modellierung und Analyse von Überspannungen und anderen transienten Erscheinungen sowie von Schaltvorgängen und deren Auswirkungen auf die Netzperformance.

Analyse der durch Energieversorgungssysteme verursachten Beeinflussungen oder sogar Störungen anderer Netze und Systeme sowie Modellierung und Berechnung der elektromagnetischen Felder.

Entwicklung und Begleitung eines maßgeschneiderten Programmes zur Einhaltung gesetzlicher Auflagen sowie Unterstützung bei Audits zur Vermeidung von Geldstrafen und Reputationsrisiken.

Optimierte Generatornennleistung durch die Verwendung von FACTS-Geräten für schnelle Blindleistungsunterstützung.

Beurteilung der Spannungsbelastungen und Bestimmung geeigneter Isolationsgrade und Schutzeinrichtungen für Versorgungseinrichtungen und Systeme.

Dimensionierung von Messwandlern in Umspannwerken und Schaltanlagen, insbesondere von Stromwandlern in gasisolierten Schaltanlagen (GIS).

Innovative Netzarchitektur und
-konfiguration unter Berücksichtigung der neuesten Technologien und Kommunikationsinfrastruktur sowie Smart-Grid-Anwendungen.

Untersuchung von Maßnahmen zur Gewährleistung einer hohen Belastbarkeit und schnellen Wiederversorgung unter Berücksichtigung des Einsatzes von Erzeugereinheiten, flexiblen Lasten und Schaltvorgängen.

Digitale Echtzeitsimulation von Schutzgeräten zum Verständnis der Funktionsprinzipien verschiedener Geräte sowie zur Optimierung und Überprüfung der Einstellwerte.

In technischer und wirtschaftlicher Hinsicht optimierte Konzepte für die Spannungsregelung einschließlich Auswahl geeigneter Regler und Bestimmung optimaler Standorte.

Messung, Beurteilung und kontinuierliche Überwachung von Spannungsqualitätsproblemen zur Vermeidung von Betriebsmittelausfällen.

Messungen und Simulation zur Klärung von Ausfällen im Netzbetrieb und zur Ermittlung angemessener, risikomindernder Maßnahmen.

Bestimmung der erforderlichen Momentan-, Kurzzeit- und Langzeit-Reserveleistung zur Erhaltung der Frequenzstabilität und eines sicheren Netzbetriebs.