Technische Information Regelung der Wirkleistungseinspeisung am Netzanschlusspunkt mit dem SMA CLUSTER CONTROLLER

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1 Technische Information Regelung der Wirkleistungseinspeisung am Netzanschlusspunkt mit dem SMA CLUSTER CONTROLLER Zur Beeinflussung der erzeugten Leistung einer direkt einspeisenden PV-Anlage hat sich der SMA Cluster Controller* in vielen Großanlagen als zentrale Steuerungseinheit bewährt. Was ist aber der Fall, wenn sich in einer PV-Anlage zusätzliche Verbraucher befinden und die Wirkleistungseinspeisung direkt am Netzanschlusspunkt beeinflusst werden soll? Mögliche Lösungsansätze für diesen Anwendungsfall kann ebenfalls der Cluster Controller bieten, der ab der Firmware-Version R eine externe Messquelle für die Wirkleistungseinspeisung am Netzanschlusspunkt einbinden kann und damit die Voraussetzung für eine Regelung der Wirkleistungseinspeisung am Netzanschlusspunkt schafft. Dieses Dokument soll den Lösungsansatz einer solchen Regelung detaillierter beschreiben. Neben Erläuterungen zu den erforderlichen Systemkomponenten (Wechselrichter sowie Regelungs- und Messeinrichtungen) erhalten Sie wertvolle Hinweise zur Konfiguration der PV-Anlage. Dieses Dokument ersetzt nicht die gültigen Bedienungsanleitungen und Installationsanleitungen der verwendeten Produkte. * In diesem Dokument wird der SMA Cluster Controller als Cluster Contorller bezeichnet. Wirkleistung_NAP_CC-TI-de-11 Version 1.1 DEUTSCH

2 1 Steuerung und Regelung - die Unterschiede SMA Solar Technology AG / SMA America, LLC 1 Steuerung und Regelung - die Unterschiede Steuerung Bei einer Steuerung der PV-Anlage werden externe Vorgaben (z.b. zur Leistungsbegrenzung) direkt an die Wechselrichter weitergegeben. Diese Möglichkeit wird z.b. in großen PV-Anlagen mit direkter Wirkleistungseinspeisung angewendet. Der Cluster Controller übernimmt hierbei die Rolle einer zentralen Kommunikationseinheit. Er kann unterschiedlichste Signalvorgaben verarbeiten und an die Wechselrichter weitergeben. Ein externes Unternehmen (z.b. Direktvermarkter oder EVU) hat somit direkten Zugriff auf die PV-Anlage und kann z.b. die Anlagenleistung des Wechselrichters direkt begrenzen. Die Begrenzung der erzeugten Wirkleistung der Wechselrichter wirkt sich hierbei direkt auf den Netzanschlusspunkt aus, da keine Verbraucher im System vorhanden sind (siehe Abbildung 1). Abbildung 1: Re Position A B C D E F G H I K L M Beispiel einer dezentralen PV-Großanlage mit Cluster Controller und Umsetzen der Netzbetreibervorgaben per Steuerung Erklärung Modultemperatursensor Wechselrichter und PV-Module Außentemperatursensor Einstrahlungssensor Cluster Controller Sunny Portal Router Rundsteuerempfänger oder Fernwirkgerät Netzstation Leitstand Netzleitwarte Öffentliches Stromnetz 2 Wirkleistung_NAP_CC-TI-de-11 Technische Information

3 SMA Solar Technology AG / SMA America, LLC 1 Steuerung und Regelung - die Unterschiede Regelung Bei Anlagen mit Eigenverbrauch (siehe Abbildung 2) hängt der Anteil der Netzeinspeisung vom aktuellen Verbrauch ab, der zudem über die Zeit schwanken kann. Eine typische Anforderung für diese Systeme ist, dass die Wirkleistungseinspeisung am Netzanschlusspunkt z.b. auf einen vorgegebenen Maximalwert begrenzt werden soll. Dafür ist eine zentrale Regelung erforderlich, die aus Sollwert, Istwertmessung am Netzanschlusspunkt und aktueller erzeugter Wirkleistung eine notwendige Leistungsbegrenzung (Stellwert) der Wechselrichter automatisch berechnet. Abbildung 2: Position A B C D E F G H I K L M N O Beispiel einer dezentralen PV-Großanlage mit Cluster Controller und Umsetzen der Netzbetreibervorgaben per Regelung Erklärung Modultemperatursensor Wechselrichter und PV-Module Außentemperatursensor Einstrahlungssensor Cluster Controller Industrieller Verbraucher Sunny Portal Router Rundsteuerempfänger oder Fernwirkgerät Energiezähler Leitstand Netzleitwarte Netzstation Öffentliches Stromnetz Technische Information Wirkleistung_NAP_CC-TI-de-11 3

4 2 Notwendige Systemkomponenten für die WirkleistungsregelungSMA Solar Technology AG / SMA America, LLC Mögliche Anwendungsfälle für eine Wirkleistungsregelung: PV-Anlagen mit Eigenverbrauch und der Anforderung, die Wirkleistungseinspeisung am Netzanschlusspunkt auf 0 Watt zu begrenzen (eng.: Zero Feed-In ) Solche Anwendungen können in sehr schwachen Stromnetzen gefordert sein. PV-Anlagen mit Eigenverbrauch und eingeschränkter maximaler Wirkleistungseinspeisung am Netzanschlusspunkt PV-Anlagen mit Eigenverbrauch, weiteren Erzeugern (z.b. Generatoren) und der Anforderung, die Wirkleistungseinspeisung am Netzanschlusspunkt zu begrenzen Bei solchen Anwendungen kann der PV-Anteil sehr gut zur Regelung beitragen, ohne dass eine Kommunikation zu den weiteren Erzeugern in der PV-Anlage notwendig ist. 2 Notwendige Systemkomponenten für die Wirkleistungsregelung Zentrale Kommunikationseinheit zur Anlagenkonfiguration, Messwertverarbeitung, und Regelung SMA Cluster Controller ab Firmware-Version R: Gerätetyp CLCON-10 für maximal 75 SMA Speedwire-Geräte Gerätetyp CLCON-S-10 für maximal 25 SMA Speedwire-Geräte Erforderliche Berechtigungen bei Verwendung des Cluster Controllers Die Konfiguration der Wirkleistungsregelung nehmen Sie über die Benutzeroberfläche des Cluster Controllers in der Benutzergruppe Installateur vor. Für die Konfiguration der SMA Wechselrichter benötigen Sie zusätzlich Ihren persönlichen SMA Grid Guard-Code (Antragsformular erhältlich unter Messeinrichtung für die Wirkleistungseinspeisung am Netzanschlusspunkt Für PV-Anlagen mit Summenstrom < 63 A über drei Phasen: SMA Energy Meter (Gerätetyp: EMETER-10 ) Für PV-Anlagen mit Summenstrom > 63 A: SMA Energy Meter (Gerätetyp: EMETER-10 ) ab Firmware-Version R und 3 Stromwandler für 5 A Sekundärstrom (z.b. ABB CM-CT-Serie) Unterstützte SMAWechselrichter: SMA Wechselrichter Sunny Tripower: STP 20000TL-30 / STP 25000TL-30 STP 15000TLEE-10 / STP 20000TLEE-10 STP 15000TL-10 / STP 17000TL-10 STP 5000TL-20 / STP 6000TL-20 / STP 7000TL-20 / STP 8000TL-20 STP 9000TL-20 / STP 10000TL-20/ STP 12000TL-20 STP 12000TL-US-10 / STP 15000TL-US-10 / STP 20000TL-US-10 / STP 24000TL-US-10 Sunny Boy: SB 3000TL-21 / SB 3600TL-21 / SB 4000TL-21 / SB 5000TL-21 / SB 6000TL-21 SB 2500TLST-21 / SB 3000TLST-21 ab Wechselrichter-Firmware-Version R R R R R R R Visualisierung Sunny Portal für Visualisierungen in vorkonfigurierten Diagrammen sowie das Erstellen individueller Seiten 4 Wirkleistung_NAP_CC-TI-de-11 Technische Information

5 SMA Solar Technology AG / SMA America, LLC3 Konfiguration und Inbetriebnahme einer Wirkleistungsregelung 3 Konfiguration und Inbetriebnahme einer Wirkleistungsregelung Aufgrund der vielfältigen Konfigurationsmöglichkeiten des Cluster Controllers werden im Folgenden ausschließlich die wichtigsten Schritte zur Konfiguration und Inbetriebnahme einer Wirkleistungsregelung am Netzanschlusspunkt beschrieben. Beachten Sie, dass alle Einstellungen über den integrierten Webserver des Cluster Controllers erfolgen können. Weitere Konfigurationsmöglichkeiten sind in der Bedienungsanleitung des Cluster Controllers beschrieben. 3.1 Normierung auf die Anlagengesamtleistung Alle Vorgaben zur Wirkleistungsbegrenzung des Systems (Sollwert) beziehen sich immer prozentual auf die Gesamtanlagenleistung. Werkseitig ermittelt der Cluster Controller immer die Summe der AC-Nennleistung aller im System befindlichen Wechselrichter als Wert für die Gesamtanlagenleistung. Dieser Wert kann jedoch auch manuell geändert werden, wenn z.b. die Watt-Peak-Leistung der PV-Module als Gesamtanlagenleistung herangezogen werden soll, oder wenn sich weitere Erzeuger im System befinden. Ist das der Fall, kann der Wert der Gesamtanlagenleistung manuell angepasst werden. Dazu müssen Sie in der Dropdown-Liste Gesamtanlagenleistung den Eintrag Benutzerdefiniert wählen ( ) und anschließend in das Eingabefeld den gewünschten Wert eingeben ( ). Die Konfiguration erfolgt unter Cluster Controller > Netzsystemdienstleistungen > Allgemeine Einstellungen. Abbildung 3: Wert der Gesamtanlagenleistung manuell anpassen (Beispiel) 3.2 Betriebsart Regelung wählen Werkseitig ist im Cluster Controller die Betriebsart Steuerung gewählt. Für die Regelung müssen Sie jedoch die Betriebsart Regelung wählen ( ). Beachten Sie, dass dabei alle Sollwerte zur Wirkleistungsbegrenzung automatisch für die Regelung übernommen werden. Die Konfiguration erfolgt unter Cluster Controller > Netzsystemdienstleistungen > Allgemeine Einstellungen. Abbildung 4: Betriebsart Regelung wählen Technische Information Wirkleistung_NAP_CC-TI-de-11 5

6 3 Konfiguration und Inbetriebnahme einer WirkleistungsregelungSMA Solar Technology AG / SMA America, LLC 3.3 Messquelle für die Anlagenwirkleistung am Netzanschlusspunkt wählen Für die Erfassung des Istwerts, d. h. der gemessenen Anlagenwirkleistung am Netzanschlusspunkt, müssen Sie die verwendete Messquelle wählen ( ). Der Cluster Controller kann den Istwert auf 3 Arten empfangen und verarbeiten: über das SMA Energy Meter (empfohlen) Wenn sich mehrere SMA Energy Meter in der PV-Anlage befinden, müssen Sie sicherstellen, dass das zur Wirkleistungsmessung am Netzanschlusspunkt vorgesehene SMA Energy Meter vom Cluster Controller als Messquelle für die Regelung verwendet wird (siehe Bedienungsanleitung des Cluster Controllers). über Istwertvorgabe durch z. B. ein SCADA-System per Modbus TCP über Signalvorgabe einer dreiphasigen Wirkleistungs-Messeinrichtung mit einem Stromausgang für 4 bis 20 ma Der Parameter Summe der Wechselrichterleistungen wird ausschließlich zu Testzwecken benötigt. Die Konfiguration erfolgt unter Cluster Controller > Einstellungen > Netzanschluss. Abbildung 5: Messquelle für den Istwert wählen (Beispiel) 3.4 Signalquelle für Sollwert wählen Der Sollwert zur Begrenzung der Wirkleistungseinspeisung am Netzanschlusspunkt wird in % der Gesamtanlagenleistung vorgegeben. Beachten Sie, dass sich die Vorgabe bei der Regelung immer auf den Netzanschlusspunkt und nicht auf den Wechselrichter bezieht. Für den Sollwert müssen Sie mindestens 1 Signalquelle wählen ( ). Wenn Ihr Netzbetreiber fordert, dass die PV-Anlage 0 Watt einspeist, müssen Sie als Signalquelle Manuelle Vorgabe wählen und im Eingabefeld Wirkleistung den Wert 0 eingeben ( ). Die Konfiguration erfolgt unter Cluster Controller > Netzsystemdienstleistungen > Wirkleistung. Abbildung 6: Signalquelle wählen und Wirkleistung eingeben (Beispiel) 6 Wirkleistung_NAP_CC-TI-de-11 Technische Information

7 SMA Solar Technology AG / SMA America, LLC3 Konfiguration und Inbetriebnahme einer Wirkleistungsregelung 3.5 Wechselrichter für Regelung konfigurieren Neben den Einstellmöglichkeiten, die sich auf den Cluster Controller beziehen, müssen Sie für eine Regelung auch folgende Einstellungen der Wechselrichter anpassen: Wechselrichter für übergeordnete Regelung konfigurieren Verhalten der Wechselrichter bei Stellwert 0% konfigurieren Regelgeschwindigkeit der Wechselrichter konfigurieren Wechselrichter für übergeordnete Regelung konfigurieren Damit die Wechselrichter im Zuge der Regelung Stellwerte vom Cluster Controller empfangen können, müssen Sie die Wechselrichter entsprechend konfigurieren. Dazu müssen Sie in der Anlagensicht den Wechselrichter-Parameter Betriebsart Wirkleistung wählen und in der Dropdown-Liste den Eintrag Wirkleistungsbegrenzung P durch Anlagensteuerung wählen ( ). Die Konfiguration erfolgt unter Name Ihrer Anlage > Einstellungen > Anlagen- und Gerätesteuerung (Solar-Wechselrichter) > Konfiguration des Einspeisemanagements. Abbildung 7: Wechselrichter für übergeordnete Regelung konfigurieren Verhalten der Wechselrichter bei Stellwert 0% konfigurieren Bei der Regelung erhalten die Wechselrichter die Vorgaben zur Leistungsreduzierung kontinuierlich als berechneten Stellwert. Ist der Stellwert 0 % (= vollständige Leistungsreduzierung), gibt es zwei Varianten, wie der Wechselrichter seine Leistung auf die geforderten 0 Watt reduzieren kann: Öffnen der Netzrelais Ausschließliches Sperren der Wirkleistungseinspeisung bei nach wie vor geschlossenen Netzrelais In der Betriebsart Regelung sollten für ein dynamisches Abregeln und Wiederaufnehmen der Wirkleistungseinspeisung ausschließlich die Wirkleistungseinspeisung gesperrt und die Netzrelais geschlossen bleiben. Dazu müssen Sie den Wechselrichter-Parameter Netztrennung bei 0%-Einspeisung wählen und in der Dropdown-Liste den Eintrag Nein wählen ( ). Beachten Sie, dass bei einer 0-Watt-Regelung in der PV-Anlage immer eine Grundlast (Eigenverbrauch) von ca. 25 W x Anzahl der in der PV-Anlage befindlichen Wechselrichter vorhanden ist. Dadurch entstehen minimale Regelungsabweichungen. Die Konfiguration erfolgt über Name Ihrer Anlage > Einstellungen > Anlagen- und Gerätesteuerung (Solar-Wechselrichter) > Konfiguration des Einspeisemanagements. Abbildung 8: Verhalten der Wechselrichter bei Stellwert 0% konfigurieren Regelgeschwindigkeit der Wechselrichter konfigurieren Für eine angemessene Regelgeschwindigkeit im Bereich von 3 bis 10 Sekunden müssen Sie für den Wechselrichter-Parameter Wirkleistungsgradient den Wert 200 eingeben ( ). Die Konfiguration erfolgt unter Name Ihrer Anlage > Einstellungen > Anlagen- und Gerätesteuerung (Solar-Wechselrichter) > Wechselrichter. Abbildung 9: Regelgeschwindigkeit der Wechselrichter konfigurieren Technische Information Wirkleistung_NAP_CC-TI-de-11 7

8 3 Konfiguration und Inbetriebnahme einer WirkleistungsregelungSMA Solar Technology AG / SMA America, LLC 3.6 Verhalten der Wechselrichter bei fehlender Vorgabe oder Kommunikationsausfall konfigurieren (Fallback) Der Fallback ist ein Betriebsmodus des Cluster Controllers im Rahmen der Netzsystemdienstleistungen und regelt das Einspeiseverhalten der Wechselrichter bei einem Kommunikationsausfall. Die Wechselrichter müssen die notwendigen Systemvoraussetzungen erfüllen (siehe Kapitel 2, Seite 4). Es gibt 2 Arten des Fallback: Fallback bei ausbleibender oder ungültiger externer Vorgabe Fallback bei Ausfall der Speedwire-Kommunikation zwischen Cluster Controller und SMA Wechselrichtern Sie können beide Arten unabhängig voneinander aktivieren und konfigurieren. Dabei nehmen Sie jeweils folgende Einstellungen vor: Fallback aktivieren/deaktivieren ( ) Zeitfenster eingeben, nach dessen Ablauf ein ausbleibender Datenversand der übergeordneten Komponente als Fehler erkannt werden soll ( ) Wirkleistungsbegrenzung der Wechselrichter bei erkanntem Fehler eingeben ( ) SMA empfiehlt, die Aktivierung und die Konfiguration des Fallback mit dem Netzbetreiber abzustimmen. Fallback bei ausbleibender oder ungültiger externer Vorgabe konfigurieren Beachten Sie, dass bei einer ausschließlich manuellen Vorgabe der Wirkleistungsbegrenzung (Signalquelle Manuelle Vorgabe) keine Fallback-Konfiguration möglich ist. Die Konfiguration erfolgt unter Cluster Controller > Netzsystemdienstleistungen > Wirkleistung > Fallback-Einstellungen. Abbildung 10: Fallback für ausbleibende oder ungültige externe Vorgabe konfigurieren (Beispiel) Fallback bei Ausfall der Speedwire-Kommunikation zwischen Cluster Controller und SMA Wechselrichtern konfigurieren Die Konfiguration erfolgt unter Name Ihrer Anlage > Einstellungen > Anlagen und Gerätesteuerung (Solar-Wechselrichter) > Wirkleistungsbegrenzung P durch Anlagensteuerung. Abbildung 11: Fallback für Ausfall der Speedwire-Kommunikation zwischen Cluster Controller und SMA Wechselrichtern konfigurieren (Beispiel) 3.7 Visualisierung und Messwerte Zur Visualisierung der Wirkleistungsregelung am Netzanschlusspunkt steht das Sunny Portal zur Verfügung. Im Sunny Portal können Sie eigene Seiten mit entsprechenden Diagrammen ganz einfach selbst konfigurieren (siehe Bedienungsanleitung SUNNY PORTAL / SMA CLUSTER CONTROLLER - Erstellen einer Seite zur Anzeige der Wirkleistungseinspeisung am Netzanschlusspunkt unter SMA wird zukünftig im Rahmen von Sunny Portal-Updates zusätzliche, vorkonfigurierte Seiten zur Verfügung stellen. Zusätzlich können Sie die Modbus-Schnittstelle des Cluster Controllers nutzen, um Messwerte durch eine übergeordnete Kommunikationseinheit (z. B. ein SCADA-System) zu visualisieren (siehe Technische Beschreibung SMA CLUSTER CONTROLLER Modbus -Schnittstelle unter 8 Wirkleistung_NAP_CC-TI-de-11 Technische Information

9 SMA Solar Technology AG / SMA America, LLC 4 FAQ 4 FAQ Bedeutet eine Reduzierung der Wirkleistungseinspeisung auf 0 Watt tatsächlich 0? Da es sich um eine Regelung handelt, wird die Wirkleistungseinspeisung am Netzanschlusspunkt stets in Abhängigkeit vom Verbrauch bzw. dem Zu- oder Abschalten von Verbrauchern geregelt. Dadurch entstehen typischerweise Schwingungen im Bereich von 3 bis 10 Sekunden. Dieses Einschwingverhalten kann durch den Wechselrichter-Parameter Wirkleistungsgradient beeinflusst werden (siehe Kapitel 3.5, Abschnitt Regelgeschwindigkeit der Wechselrichter konfigurieren ). Beachten Sie zudem, dass bei einer 0-Watt-Regelung in der PV-Anlage immer eine Grundlast (Eigenverbrauch) von ca. 25 W x Anzahl der in der PV-Anlage befindlichen Wechselrichter vorhanden ist. Dadurch entstehen minimale Regelungsabweichungen. Wie wird der Istwert der Wirkleistungseinspeisung über die drei Phasen gemessen? Bei der Regelung wird als Istwert der saldierte Leistungswert über alle drei Phasen herangezogen. Können auch zusätzliche Erzeuger im System berücksichtigt werden? Ja - in diesem Fall kann jedoch nur die Gesamtanlagenleistung durch die Regelungsvorgaben beeinflusst werden. Technische Information Wirkleistung_NAP_CC-TI-de-11 9

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