Conceptual Design and Optimization of Hybrid AC/DC Power Systems

Das europäische Stromnetz steht aufgrund der Energiewende und zunehmenden Elektrifi- zierung vor wachsenden Herausforderungen. Die dezentrale und volatile Einspeisung großer Energiemengen von erneuerbaren Energiequellen kann in Momenten hoher Einspeisung zu Leitungsüberlastungen und Spannungsverletzungen führen. Der Einsatz hybrider Übertra- gungsnetze erscheint als möglicher Lösungsansatz, um mit diesen Schwierigkeiten in Zukunft umgehen zu können. Hybride Systeme vereinen die Gleichstrom- und Wechselstromtechnik, wodurch der Vorteil beider Technologien nutzbar gemacht werden kann. Hybride Systeme ermöglichen die gezielte Steuerbarkeit der Lastflüsse sowie Spannungsregelung. Dies wird durch die als voltage-source converter ausgeführten Umrichterstationen ermöglicht, welche die nahezu unabhängige Wirk- und Blindleistungsregelung gewährleisten. Für die Modellierung des statischen Betriebsverhaltens wird in dieser Arbeit eine auf Python for Power System Analysis (PyPSA) basierende open-source Erweiterung entwickelt, womit hybride Systeme modellierbar und analysierbar werden. Darüber hinaus wird die optimierte Betriebsführung der dc-Links untersucht und mithilfe von zwei Optimierungsmethoden eine innovative Be- triebsführung entwickelt und in die PyPSA Umgebung integriert. Die Methode erlaubt die Berechnung der Stellwerte für die im System vorhandenen voltage-source converter so, dass systemweit die Auslastungen reduziert und die Spannungen angeglichen werden. Die entwickelte Erweiterung wird anhand eines Testnetzes unter Berücksichtigung verschiedener Szenarien untersucht. Die Ergebnisse zeigen, dass durch die optimierte Betriebsführung von Hybridsys- temen die Leitungsauslastungen reduziert und Spannungsverletzungen abgemildert werden können. Im Kontext der österreichischen Netzplanung und Netzbetriebsführung ergibt sich dadurch eine neue Sichtweise auf die mögliche Integration von DC Systemen in das bestehende AC Netz.