Rechnerlabor

Zielsetzung

Der Lehrstuhl Energiesysteme und Energiemanagement bietet begleitend zur Vorlesung „Netzplanung und Netzführung I“ ein Rechnerpraktikum an, das dazu dient die im Rahmen der Vorlesung erworbenen theoretischen Kenntnisse unter Zuhilfenahme einer Simulationssoftware praxisorientiert umzusetzen und zu vertiefen.

Im Rahmen des Rechnerpraktikums werden die Themenbereiche Lastfluss- und Kurzschlussstromberechnung sowie die Zuverlässigkeitsanalyse in elektrischen Netzen behandelt. Weiterhin soll es auf häufig vorkommende Fehler in der Netzberechnung aufmerksam machen.

Als Netzberechnungssoftware wird das Tool PSS®SINCAL der Firma Siemens herangezogen. Insgesamt sind sieben Lehreinheiten eingeplant.

Übung 1: Einführung in Sincal

Ziel der ersten Übung ist es, das im Rahmen dieses Rechnerpraktikums verwendete Netzberechnungsprogramm PSS®SINCAL der Firma Siemens als Tool zur Netzplanung einzuordnen und Grundlagen der Bedienung kennenzulernen. Dabei wird gezeigt, wie Sie die Software einrichten und Ihren Bedürfnissen entsprechend anpassen. Anhand eines kleinen Beispielnetzes lernen Sie, Betriebsmittel zu Ihrem Netzmodell hinzuzufügen und diese zu parametrieren. Anschließend führen Sie nach korrekter Eingabe aller Daten eine Lastflussberechnung durch.

Übung 2: Parametereingabe aus Datenblättern und Diagrammen

Die Umsetzung der Topologie eines Netzes in ein Netzberechnungsprogramm wie PSSRSINCAL ist der erste Schritt zur Erstellung eines realitätsnahen Netzmodells. Damit bei der Simulation jedoch plausible Ergebnisse erzielt werden, ist es zwingend erforderlich, die Betriebsmittel des Netzes mit ihren individuellen Eigenschaften korrekt abzubilden. Ziel dieser Übung ist es, die Dateneingabe von typischen Netzbetriebsmitteln in ein Simulationsprogramm wie PSSRSINCAL anhand von Datenblättern und Diagrammen aufzuzeigen.

Übung 3: Lastflussberechnung

Mithilfe der Lastflussberechnung wird der Zustand eines Netzes im Normalbetrieb ermittelt. Dabei wird stets von einem eingeschwungenen Zustand und symmetrischen Verhältnissen ausgegangen (quasistationäre Rechnung). Die Ausfallanalyse hingegen ist eine besondere Form der Lastflussberechnung, bei der nacheinander jeweils ein Betriebsmittel abgeschaltet und ein Lastfluss berechnet wird. Anschließend wird der neue, sich einstellende Netzzustand beurteilt. Dabei werden etwaige Spannungsbandverletzungen oder Betriebsmittelüberlastungen ermittelt. Die Lastflussberechnung sowie die (n-1)-Ausfallanalyse haben in der Netzplanungspraxis und bei der Netzbetriebsführung eine sehr große Bedeutung. Die dritte Rechnerpraktikums-Übung verfolgt zwei Ziele: Zum einen sollen Sie das Verfahren der Lastflussberechnung kennenlernen, zum anderen sollen Sie ein Gefühl dafür entwickeln, wie elektrische Netze in bestimmten Situation reagieren. Im ersten Schritt vertiefen Sie die Eigenschaften der verschiedenen Lastfluss-Berechnungsverfahren. Da das Lastflussproblem aufgrund der Parametervielfalt in der Praxis ein unterbestimmtes Problem ist, kommt es häufig zu nichtphysikalischen Vorgaben durch den Anwender und damit zur Nichtkonvergenz der Lastflussberechnung. In der Übung werden deshalb Lösungsstrategien aufgezeigt, wie Sie die Konvergenz des Lastflusses sicherstellen können. Im zweiten Schritt wird anhand eines konvergenten Lastflusses der Netzzustand ausgewertet. Sie lernen hierbei, welche Stellmöglichkeiten Sie haben und wie diese eingesetzt werden müssen, um einen zulässigen Systemzustand des Netzes zu erreichen. Darüber hinaus werden Sie das Netzmodell im Rahmen einer (n-1)-Ausfallsimulation auf die Einhaltung des (n-1)-Prinzips überprüfen.

Übung 4:Kurzschlussstromberechnung

Kurzschlussstromberechnungen dienen der Beschreibung des Netzzustandes im gestörten Betrieb. Zur Auslegung der Netzbetriebsmittel sind sie daher unverzichtbar. So geben sie u.a. Auskunft über die maximale thermische und mechanische Beanspruchung der Netzbetriebsmittel im Fehlerfall. Vor jeder Veränderung der Konfiguration innerhalb eines Netzes sind daher Kurzschlussstromberechnungen durchzuführen, damit der Netzschutz richtig eingestellt werden kann und die Anlagen- sowie die Personensicherheit gewährleistet bleiben. Der dreipolige Kurzschluss ist ein symmetrischer Fehler und aus diesem Grund mit relativ wenig Aufwand zu berechnen. Am häufigsten tritt jedoch der einpolige Fehler auf. Die Auswirkungen dieses Fehlers hängen wesentlich von der Sternpunktbehandlung des jeweiligen Netzes ab. Ziel dieser Übung ist es, Ihnen zunächst eine Einführung in die Kurzschlussstromberechnung mit professioneller Netzberechnungssoftware zu geben. Anschließend werden Sie die Auswirkungen der unterschiedlichen Sternpunktbehandlungen diskutieren und miteinander vergleichen.

Übung 5: Lastfluss- & Kurzschlussstromberechnung

In den bisherigen Übungen wurde die grundlegende Anwendung der professionellen Netzberechnungssoftware PSS®SINCAL der Firma Siemens vorgestellt. Neben der Bedienung des Programms selbst waren vor allem die richtige Parametrierung der Modelle sowie die Durchführung und Auswertung von Lastfluss- und Kurzschlussstromberechnungen die Schwerpunkte. Ziel dieser Übung ist es nun, das bisher Behandelte an ausgewählten Beispielen zu wiederholen und das Gelernte zu festigen.

Übung 6: Grundlagen der Zuverlässigkeitsanalyse elektrischer Netze

Ziel dieser Übung ist es, einen Einstieg in die Zuverlässigkeitsberechnung zu geben. Zuverlässigkeitsberechnungen in elektrischen Netzen dienen dazu, die Versorgungszuverlässigkeit zu überprüfen und Aussagen darüber zu geben, welchen Einfluss Versorgungsunterbrechungen auf den Verbraucher haben. Hierbei werden die grundlegenden Begriffe, die Vorgehensweise bei Handrechnungen und die Berechnungen mit dem Netzberechnungsprogramm PSS®SINCAL vorgestellt. Zusätzlich werden die unterschiedlichen Berechnungsmethoden dargestellt und verglichen. Des Weiteren wird Ihnen die Problematik der Datenbeschaffung in der Zuverlässigkeitsanalyse anhand einer dafür ausgesuchten Statistik gezeigt.

Übung 7: Zuverlässigkeitsanalysen anhand des Testnetzes

Ziel dieser Übung ist es, die bisher gewonnenen Grundlagen zur Zuverlässigkeitsanalyse elektrischer Netze anhand des Testnetzes zu vertiefen. Sie untersuchen die unterschiedliche Zuverlässigkeit in den einzelnen Netzebenen. Zusätzlich lernen Sie, wie Netzauslastung, Topologie und Nachbildung über- oder unterlagerter Netzgruppen die Zuverlässigkeitskenngrößen der Verbraucherknoten beeinflussen und welche Probleme dabei entstehen können.