Modellnetzbildung und Untersuchung der Auswirkungen von Verkabelung im Übertragungsnetz auf das Oberschwingungsverhalten

Im Zuge der Energiewende wird der Ausbau von erneuerbaren Energiequellen, insbesondere von Windenergieanlagen im Norden Deutschlands, vorangetrieben. Dieses räumliche Ungleichgewicht zwischen Erzeugung und Last erfordert einen Ausbau des Übertragungsnetzes. In der Bevölkerung stößt der Einsatz von Freileitungen dabei auf weniger Akzeptanz verglichen mit Kabeln. Diese Arbeit beschäftigt sich deshalb mit der Frage nach den Auswirkungen von Verkabelungen im Übertragungsnetz auf das Oberschwingungsverhalten.

Für diese Untersuchungen wird zunächst anhand des Wabennetztheorems ein großes, homogenes 380-kV-Modellnetz aufgebaut, welches auf den Daten eines realen Referenznetzes basiert. Die Modellierung der verschiedenen Netzelemente wird vorgestellt und das Lastfluss- und Kurzschluss- sowie das Impedanz- und Oberschwingungsverhalten des sogenannten Wabennetzes werden hergeleitet. Der resultierende homogene Netzcharakter ermöglicht analytische Untersuchungen und Herleitungen des Netzverhaltens, insbesondere bei Änderungen im Netz. Dies wird im Rahmen dieser Arbeit zur Untersuchung des Einflusses von Verkabelungen auf das Impedanz- und Oberschwingungsverhalten genutzt.

Anhand des Wabennetzes werden mithilfe einzelner Kabelstrecken die dominanten Einflussfaktoren auf das Oberschwingungsverhalten analytisch herausgearbeitet. Basierend auf dieser Analyse wird das Oberschwingungsverhalten bei sukzessiver Verkabelung bis hin zur Vollverkabelung am Beispiel des Modellnetzes aufgezeigt und erläutert. Mithilfe von Sensitivitätsuntersuchungen wird gezeigt, wie die Netzcharakteristiken die Ergebnisse beeinflussen und wie diese einzuordnen sind.

Abschließend werden der Anwendungsbereich sowie die Grenzen des Wabennetzes diskutiert, die Erkenntnisse der Verkabelungsuntersuchungen dem aktuellen Stand der Forschung gegenübergestellt und die Bedeutung dieser für den Kabelausbau im deutschen Übertragungsnetz aufgezeigt.