Analyse: die periodischen Muster der Netzfrequenz

Einführung

Der Verbrauch und die Erzeugung elektrischer Energie im europäischen Verbundnetz müssen zu jedem Zeitpunkt übereinstimmen. Ein Ungleichgewicht zwischen Angebot und Nachfrage wird zunächst durch die in den Turbinen der Kraftwerke gespeicherte Rotationsenergie ausgeglichen: Ist die Erzeugung geringer als der Verbrauch, verlangsamen sich die Turbinen, was zu einem Frequenzabfall führt. Ist die Erzeugung größer als der Verbrauch, steigt die Frequenz an. Ungleichgewichte hinterlassen also eine deutliche Spur in der Netzfrequenz - und sie treten in unterschiedlichen Größenordnungen und Zeitskalen auf.

Es gibt viele Ursachen für Ungleichgewichte zwischen Erzeugung und Verbrauch. In seltenen Fällen werden starke und abrupte Frequenzeinbrüche durch Ausfälle von Erzeugungs- oder Übertragungseinheiten verursacht, siehe unsere Blogbeiträge vom Mai oder Juli (Frequenzabfall im Mai 2021 , Abtrennung Spanien von UCTE - Systemaufspaltung am 24.07.2021 ). Die offensichtlichsten periodischen, d. h. deterministischen Muster in der Netzfrequenz werden jedoch von den Märkten verursacht. Langfristige, Day-ahead-, Intraday- oder Regelenergiemärkte agieren alle auf unterschiedlichen Zeitskalen, was sich auf die Frequenz auswirkt. In den meisten Ländern werden beispielsweise auf den Intraday-Märkten 15-Minuten-Produkte angeboten, was in gewissem Maße bedeutet, dass Erzeugungseinheiten ihre Fahrweise regelmäßig alle 15 Minuten anpassen.

Die stündlichen Muster

Das folgende Wasserfalldiagramm zeigt die Minutenmittelwerte der Frequenzabweichung für Juni, wobei die vertikale Achse die Tage und die horizontale Achse den Beginn jeder Stunde pro Tag angibt. Die starke vertikale Linienstruktur stellt täglich wiederkehrende Muster in den Frequenzabweichungen bei jedem Stundenbruch dar. Day-Ahead-Marktprodukte und stundenbezogene Intraday Auktionsprodukte sowie halbstündliche und viertelstündliche Intraday Auktionsprodukte beginnen oder enden zu jeder Stunde. Daher lassen sich die Änderungen um den Stundenbruch herum meist auf Änderungen an diesen Märkten zurückführen. Wie bereits in früheren Beiträgen gezeigt (Der 49,84 Hz Vorfall am 03.04.2019 um 21 Uhr im europäischen Stromnetz ), sehen wir z.B. starke negative Abweichungen von 50 Hz um 22 und 23 Uhr, wenn die Kraftwerke in der Regel nach dem Tag abgeschaltet werden.

heatmap_days_DE.png

Bei näherer Betrachtung auf der Minutenskala erwarten wir Muster des Intraday-Marktes, der auf Zeitintervallen von 15 Minuten operiert. Die nächste Abbildung zeigt wieder die gleichen Daten, aber dieses Mal stellt die x-Achse die Minuten jeder Stunde im Juni dar. Im 15-Minuten-Takt gibt es deutliche Veränderungen der Frequenz. Interessant ist, dass innerhalb jedes 15-Minuten-Fensters die Farbe typischerweise von blau nach rot wechselt, d. h. es gibt eine anfängliche Unterversorgung, die später durch eine Überversorgung ausgeglichen wird. Wir sehen auch, dass es einen stärkeren Übergang bei 30 Minuten zu geben scheint. Dies liegt daran, dass in einigen Ländern (z. B. Frankreich, siehe Seite der EPEX SPOT) der Intraday-Handel mit 30 Minuten stattfindet.

heatmap_hours_DE.png

Wie unterstützen diese Analysen die Arbeit von Gridradar?

Die Netzfrequenz zeigt in Echtzeit, ob Energieerzeugung und -verbrauch im Gleichgewicht sind. Wie wir hier gezeigt haben, setzt sich die Frequenz aus mehreren periodischen Signalen zusammen. Gridradar verwendet state of the art Machine-Learning-Modelle, um die Frequenz zu prognostizieren und kurzfristige Analysen von bevorstehenden Systemungleichgewichten für verschiedene europäische Märkte zu erstellen. Auf diese Weise können wir Informationen darüber liefern, wie Kraftwerke und EE-Erzeuger ihre Systeme ausbalancieren sollten, um Kosten zu sparen.

Anmerkung

In der ursprünglichen Fassung diese Artikels wurde das Fourier-Spektrum der Netzfrequenz gezeigt. Fälschlicherweise hatten wir dort die Oberschwingungen der stündlichen Frequenzänderung als Signal in der Frequenz gedeutet. Wir bedanken uns bei den aufmerksamen Lesern die den Fehler in der ursprünglichen Version bemerkt haben.