Lastflussanalysen

Lastflussanalysen, auch Leistungsflussanalyse genannt, sind Verfahren der Netzberechnung in der elektrischen Energieversorgung. Sie dienen dazu, das Gleichgewicht von Eingangs- und Abgabeleistungen in einem Netz zu bestimmen und daraus Spannungen, Leistungsströme in Leitungen sowie Verluste zu errechnen. Ziel ist es, für gegebene Erzeugungs- und Lastprofile den Betriebspunkt des Netzes zu charakterisieren und potenzielle Überlastungen oder Spannungsabweichungen frühzeitig zu erkennen.

Grundlagen und Modellierung: Ein Netz wird als Knotenpunktnetz modelliert, in dem jede Leitung durch komplexe Impedanzen bzw. Admittanzen abgebildet ist. Die Knoten werden als Slack-, PV- bzw. PQ-Busse klassifiziert: Slack-Bus setzt Referenzspannung und -phase, PV-Busse liefern oder regeln erzeugende Leistung bei konstanter Spannung, PQ-Busse haben feste Einspeisungen oder Lasten. Die Lastfluss-Gleichungen beschreiben für jeden Bus die zugeführte Wirkleistung P und Blindleistung Q in Abhängigkeit von den Busspannungen und Phasenwinkeln. Die Lösung liefert für jeden Bus die Spannungshöhe, die Spannungstiefe und die Richtung bzw. den Betrag der Ströme in den Leitungen.

Methoden: Häufig eingesetzte Algorithmen sind Newton-Raphson, Gauss-Seidel und Fast-Decoupled Power Flow. Für schnelle, grobe Schätzungen wird auch der DC-Lastfluss verwendet, der Gleichspannungen vernachlässigt. Typische Ergebnisse sind Spannungen, Leitungsverluste und Lastflussverteilungen.

Anwendungen und Grenzen: Lastflussanalysen finden Einsatz in der Netzplanung, im Betrieb (Sicherheits- und Betriebsanalysen), Contingency-Analysen und Optimierungsaufgaben. Grenzen ergeben sich aus Modellannahmen, Nichtlinearität der Gleichungen und potenziellen Konvergenzproblemen bei großen Netzen oder ungewöhnlichen Betriebspunkten.