Technoökonomische Neugestaltung vertikaler Netzbetreiberinteraktionen auf Grundlage einer partikelschwarmbasierten Aggregation dezentraler Wirk- und Blindleistungsflexibilitäten der Verteilnetzebene

Autor: Marcel Sarstedt

ISBN: 978-3-95900-873-0

Dissertation, Leibniz Universität Hannover, 2023

Herausgeber der Reihe: Lutz Hofmann, Peter Werle, Richard Hanke-Rauschenbach

Band-Nr.: IfES 02/2023

Umfang: 362 Seiten, 181 Abbildungen

Schlagworte: ÜNB/VNB-Kooperation, Flexibilitätsmarkt, Feasible Operation Region, Partikelschwarmoptimierung, Flexibilitätsaggregation, -spezifikation, -distributio

Kurzfassung: Für eine erfolgreiche Kooperation von Übertragungs- (ÜNB) und Verteilnetzbetreibern (VNB) werden in der Literatur im Hinblick auf die Unterstützung der Übertragungsnetzebene mit Systemdienstleistungen aus der Verteilnetzebene seit einigen Jahren Spannungsebenen übergreifende Flexibilitätsmarktkonzepte diskutiert. Ein vielversprechender Ansatz der die Zuständigkeiten der Netzbetreiber für ihr eigenes Netzgebiet beibehält, sind gekoppelte lokale VNB- und globale ÜNB-Flexibilitätsmärkte. Die Netzbetreiber können dabei zunächst autark im Rahmen ihrer Betriebsführungsplanung geeignete Flexibilitätsangebote an ihrem jeweiligen Flexibilitätsmarkt, entsprechend der technischen Eigenschaften einer Anlage (z.B. Windenergieanlage, steuerbare Last) und des veranschlagten Preises des Anlagenbetreibers, auswählen. Zudem werden an den lokalen VNB-Flexibilitätsmärkten vorliegende Flexibilitätsangebote in den globalen Flexibilitätsmarkt integriert und erweitern somit die betrieblichen Freiheitsgrade des ÜNB. Für die Kopplung der Flexibilitätsmarktebenen bietet sich eine Aggregation der Flexibilitätsangebote an den lokalen VNB-Flexibilitätsmärkten an. Dadurch kann ein technisch unzulässiger hierarchischer Flexibilitätsbedarf des ÜNB aus der Verteilnetzebene ausgeschlossen und zudem die wirtschaftlichen Interessen des VNB berücksichtigt werden. Für die Aggregation der Flexibilitätsangebote können die Flexibilitätspotenziale der Verteilnetzebene als zulässiger Wirkund Blindleistungsstellbereich (engl.: Feasible Operation Region, FOR) beschrieben und für die FOR-Bestimmung existierende Aggregationsmethoden weiterentwickelt werden.
In dieser Arbeit werden dafür zunächst, auf Basis der bei einer Literaturauswertung identifizierten Gestaltungsoptionen Spannungsebenen übergreifender Flexibilitätsmärkte, ein detailliertes lokales VNB- und globales ÜNB-Flexibilitätsmarktkonzept entwickelt. Anforderungen an die Eigenschaften sowie den Informationsgehalt einer zur Kopplung beider Flexibilitätsmarktebenen geeigneten FOR werden definiert. Die Analyse der in der Literatur vorgestellten Aggregationsmethoden zeigt, dass sich bisher keine vollständig für die Aggregation der Flexibilitätsangebote am lokalen VNB-Flexibilitätsmarkt eignet. Aus diesem Grund wird zur Verbindung der Vorteile der bisherigen Ansätze eine metaheuristische Aggregationsmethode auf Basis der Partikelschwarmoptimierung (PSO) entwickelt. Der Vergleich mit bestehenden Aggregationsmethoden über eine eingeführte Bewertungsmetrik zeigt, dass sich die PSO für die FOR-Bestimmung eignet. Unter Ausnutzung von PSO-Metadaten ist es zudem möglich ein aggregiertes Flexibilitätsangebot der Verteilnetzebene am globalen ÜNB-Flexibilitätsmarkt mithilfe einer monetarisierten FOR zu bilden. Für die Umsetzung des Flexibilitätsmarktkonzeptes werden in Ergänzung zur Aggregationsmethode eine PSO-basierte Spezifikations- und Distributionsmethode für die Betriebsführungsplanungen des VNB sowie des ÜNB entwickelt und erprobt. Das Ergebnis dieser Arbeit ist eine gekoppelte Netz- und Flexibilitätsmarktsimulation für die Umsetzung des entwickelten Grundkonzepts einer flexibilitätsmarktbasierten ÜNB/VNB-Kooperation. Diese kann als Diskussionsgrundlage und als Ausgangspunkt für die technoökonomische Neugestaltung vertikaler Netzbetreiberinteraktion auf Basis einer partikelschwarmbasierten Aggregation dezentraler Wirk- und Blindleistungsflexibilitäten dienen.