Aktuelle Musternetze zur Untersuchung von Spannungsproblemen in der Niederspannung. Marco Lindner, Christian Aigner

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1 4. Symposium Energieinnovation von Spannungsproblemen in der Marco Lindner, Christian Aigner Graz,.0.06 Technische Universität München Professur für elektrische Energieversorgungsnetze

2 Inhalt. Motivation. Datengrundlage 3. Klassifizierung 4. Methodik 5. Ergebnisse Quelle: sakpedia.ch.0.06

3 . Motivation Herzstück der deutschen Energiewende: Integration von dezentralen Erzeugungsanlagen (DEA) zur Stromgewinnung aus volatilen erneuerbaren Quellen à Herausforderung im Verteilnetzbereich (Mittel- & snetz) Vielzahl Untersuchungen an Methoden zur Verteilnetzflexibilisierung Problem: diverse Netzstrukturen in deutschen snetzen bisher: stark vereinfachte Netzmodelle bzw. einzelne reale Netze neuer Ansatz: an Untersuchungszweck angepasste, detaillierte Modellbildung primäres Ziel: Abbildung auslegungsrelevanter Spannungen im snetz

4 . Datengrundlage Ausgangsdaten: 358 snetze (550 Stränge) unterschiedliche Regionen Deutschlands Schwerpunkt ländliche Gebiete unterschiedliche Leitungstypen Datenverarbeitung: automatisierte Plausibilisierung der digitalen Netzpläne automatisierte Auswertung der elektrischen und geografischen Netzparameter Betrachtung aller Leitungen bis zum Hausanschluss Querschnitte, Längen und Leitungstypen in Modellbildung integriert

5 3. Klassifizierung bisherige Möglichkeiten: subjektive Beurteilung: anhand von Luftbildaufnahmen/Bevölkerungszahlen nach Kerber [] mathematische Analyse: Faktoranalyse mit Plausibilitätsprüfung & Clusteranalyse (Ward- Methode []) stranggenau oder transformatorgenau Parameter: geografischer Parameter: mittlerer geografischer Hausabstand (= mittlerer Hausabstand zu den jeweils 4 nächsten Nachbarn) elektrischer Parameter: Verbrauchersummenwiderstand (VSW) nach Kerber [], bildet Leitungswiderstand jedes einzelnen Verbrauchers zum Trafo ab und summiert diese àmaß für Spannungsfall à VSW korreliert zu 86,8% mit dem mittleren geografischen Hausabstand, daher als primärer Klassifizierungsparameter benutzt Einteilung in 3 Netzklassen: Land, Dorf, Vorstadt nach []

6 3. Klassifizierung Vergleich der Klassifizierungsparameter Kerber [] Walker [] Mittlerer, geografischer Hausabstand Leitungssummenlänge Bemessungsscheinleistung des Transformators Bemessungsscheinleistung des Transformators Verbraucherspezifische Transformatorleistung Verbraucherspezifischer Widerstand U-Control Mittlerer, geografischer Hausabstand Bemessungsscheinleistung des Transformators (nur bei Unsicherheit) Mittlerer geografischer Hausabstand Spearman- Korrelations koeffizient 88,38% - 73,54% Spearman-Korrelationskoeffizient: rangspezifischer Grad der Korrelation zweier Parameter à Parameter anderer Verfahren korrelieren zu einem hohen Grad mit dem hier verwendeten mittleren geografischen Hausabstand

7 3. Klassifizierung ungeeignete Klassifizierungsparameter: Transformatorgröße (à Erhöhung im ländlichen Bereich, durch Zubau von Erzeugungsanlagen in den letzten Jahren) Vergleich des Parameters Bemessungsscheinleistung des Transformators Kerber [] (86 Netze - Stand 0) U-Control (358 Netze - Stand 05)

8 3. Klassifizierung Unterteilung in Subklassen zur Berücksichtigung von Direktanschlüssen Land Dorf Vorstadt Anteil der Direktanschlüsse bezogen auf die Anzahl der Stränge: hohe Anzahl an Teilnehmern mit eigenem Stationsabgang (Direktanschluss) besonders in der Klasse Land/Dorf ansonsten Verfälschung der generierten Netze durch übermäßig viele Direktanschlüsse und kurze Stränge

9 4. Methodik Allgemein: Vorgabe: Transformatorgröße und Auslastung per Quantil à Berechnung der Anzahl der NVP (Auslastung Trafo) iterative Erzeugung von Netzsträngen aus: Verteilungsfunktion des VSW Leistungsparameter Zuweisung zum Trafo Wechsel zwischen Subklassen nach Auftrittswahrscheinlichkeit Festlegung der Leitungsparameter: Verteilungsfunktionen: (Typ, Querschnitt) Mischverhältnis in einem Strang: Haupt- und Nebenleitung

10 4. Methodik Beispiel: Auftrittswahrscheinlichkeiten in kabelgeprägten Dorfnetzen a) Netzanschlüsse(Strang) b) Direktanschlüsse

11 4. Methodik Festlegung der Versorgungsaufgabe: Haushaltslasten: stochastische Verteilung auf Netzverknüpfungspunkte Sonderverbraucher: Zuordnung nach elektrischem Abstand und Leistung: Anteil an Gesamtleistung je nach Netzklasse Erzeugungsanlagen (PV): stochastische Verteilung, je Klasse und Trafo aus DEA-Nennscheinleistung und elektrischem Abstand vom Transformator à DEA Zieldurchdringungsgrad.0.06

12 5. Ergebnisse erzeugte Musternetze: Land Typ I (kabeldominiertes Netz) Land Typ II (freileitungsdominiertes Netz) Dorf Typ I (kabeldominiertes Netz) Dorf Typ II (teilverkabeltes Netz) Vorstadt Typ I (kabeldominiertes Netz) Auswahlparameter: Trafogröße: Median Netzauslastung: Median Quelle: Google Earth.0.06

13 5. Ergebnisse: Landnetz Typ I (kabeldominiert) Durchschnittlicher Hausanschluss: 9 m 4x50mm 60 kva 4% NAYY 4x50mm NAYY 4x50mm 33 m NAYY 4x50mm 68 m 68 m 60 m 33 m m 33 m NAYY 4x0mm ß Nebenleitung 68 m 68 m Sonderverbraucher Position (v.l.) Strang / NVP 4 Strang 3 / NVP Dezentrale Erzeugungsanlagen Position (v.l.) Leistung Strang / NVP 6,9 kw Strang / NVP 5,3 kw Strang / NVP 4 9,6 kw Strang 3 / NVP 4 5,8 kw Strang 3 / NVP 5 5,3 kw

14 5. Ergebnisse: Landnetz Typ II (freileitungsdominiert) Durchschnittlicher Hausanschluss: 4 m 4x35mm NAYY 4x35mm 3 m Freileitung 4x70mm 50 kva 4% 76 m 76 m Freileitung 4x70mm 76 m verringerte Hausanschlusslänge und -querschnitt durch Freileitungen 3 76 m Sonderverbraucher Position (v.l.) Strang / NVP Strang / NVP 3 Strang 3 / NVP Dezentrale Erzeugungsanlagen Position (v.l.) Leistung x Strang / NVP Strang / NVP 3 9,6 kw 5,4 kw Strang 3 / NVP 5 kw Strang 3 / NVP 3 0 kw

15 5. Ergebnisse: Dorfnetz Typ I (kabeldominiert) Durchschnittlicher Hausanschluss: m 4x50mm NAYY 4x50mm 53 m 53 m NAYY 4x50mm 34 m 34 m 50 kva 4% NAYY 4x50mm 80 m 80 m NAYY 4x50mm 40 m 40 m Sonderverbraucher Position (v.l.) Strang / NVP 9 Strang / NVP Strang / NVP 4 Strang / NVP 6 Strang 3 / NVP 5 Strang 4 / NVP 3 Strang 4 / NVP 6 Strang 4 / NVP m m m 80 m 80 m m Dezentrale Erzeugungsanlagen Position (v.l.) Leistung Strang / NVP 6 9,8 kw Strang / NVP 8,8 kw Strang / NVP 3 7,9 kw Strang / NVP 5 4, kw Strang / NVP 6,7 kw Strang / NVP 5 7,3 kw Strang 3 / NVP 3,9 kw Strang 3 / NVP 3 7,4 kw Strang 3 / NVP 5 5 kw Strang 4 / NVP 8,8 kw Strang 4 / NVP 3 9,6 kw Strang 4 / NVP 5 9,3 kw Strang 4 / NVP 6 3 kw

16 5. Ergebnisse: Dorfnetz Typ II (teilverkabelt) 400 kva 4% Durchschnittlicher Hausanschluss: 7 m 4x35mm 3 Freileitungen am 8 Strangende 9 NAYY 4x70mm Freileitung 4x50mm ß m m m m 3 4 NAYY 4x0mm Freileitung 4x95mm ß 33 m 33 m 33 m 33 m NAYY 4x95mm Freileitung 4x70mm ß 3 m 3 m 3 m 3 m 3 m NAYY 4x50mm NAYY 4x0mm ß 5 m 5 m 5 m Dezentrale Erzeugungsanlagen Position (v.l.) Leistung Strang / NVP 6 9,8 kw Strang / NVP 6 kw Strang / NVP 3 4,6 kw Strang / NVP 6 9 kw Strang / NVP 8 9 kw Strang / NVP 6 kw Strang / NVP 5, kw Strang / NVP 3 9 kw Strang / NVP 5 kw Strang / NVP 0 0 kw Strang / NVP 8 kw Strang 3 / NVP,63 kw Strang 3 / NVP 30 kw Strang 4 / NVP 3 0 kw Strang 4 / NVP 4 33 kw Strang 4 / NVP 0 8 kw

17 5. Ergebnisse: Vorstadtnetz Typ I (kabeldominiert) 400 kva 4% Durchschnittlicher Hausanschluss: 8m 4x35mm NAYY 4x50mm 4 m 4 m NAYY 4x50mm 7 m 7 m NAYY 4x50mm 56 m 56 m NAYY 4x0mm 8 m 8 m NAYY 4x50mm 35 m 35 m NAYY 4x0mm ß 4 m 0 6 NAYY 4x0mm ß 7 m NAYY 4x0mm ß 56 m 56 m 56 m 6 NAYY 4x95mm ß 8 m m

18 5. Ergebnisse: Vorstadtnetz Typ I (kabeldominiert) Durchschnittlicher Hausanschluss: 8m 4x35mm 400 kva 4%... NAYY 4x95mm 03 m 8 9 NAYY 4x50mm 46 m 46 m 46 m NAYY 4x50mm 9 m 9 m 9 m 9 m NAYY 4x50mm 65 m 65 m 65 m 65 m 65 m 3 NAYY 4x50mm 6 m 6 m 6 m 6 m 3 4 NAYY 4x50mm 3 m 3 m 3 m 3 m Sonderverbraucher Position (v.l.) Strang 6 / NVP Strang / NVP 4 Strang / NVP 7 Strang 3 / NVP 5 Strang 4 / NVP 5 Strang 6 / NVP Strang 7 / NVP 7 Strang 8 / NVP 7 Dezentrale Erzeugungsanlagen Position (v.l.) Leistung Strang / NVP 9,36 kw Strang / NVP 79, kw Strang 7 / NVP 7 30 kw Strang 8 / NVP 7 8,47 kw Strang 8 / NVP 5 9,54 kw Strang 0 / NVP 0 4,4 kw

19 Vielen Dank für die Aufmerksamkeit!

20 Literatur [] G. Kerber, Aufnahmefähigkeit von sverteilnetzen für die Einspeisung aus Photovoltaikkleinanlagen, 0. [] G. Walker, Ein Standardisierter Ansatz zur Klassifizierung von Verteilnetzen, VDE-Kongress,

21 Anhang: Verbrauchersummenwiderstand Maß für den Spannungsfall an einem einseitig gespeisten Strang nach [].0.06