Power Engineering Saar Institut für Elektrische Energiesysteme

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1 Überprüfung eines dynamischen Modells einer Windkraftanlage in ATPDesigner/ATP nach Mittelspannungsrichtlinie (MSR2008) und Systemdienstleistungsverordnung für Windkraftanlagen (SDLWindV) Power Engineering Saar Institut für Elektrische Energiesysteme

2 Inhalt 1 Ziel der Überprüfung Grundlegende Thematik Vorgaben zur Blindstrombereitstellung durch dezentrale Erzeugungsanlagen im Kurzschlussfall nach Mittelspannungsrichtlinie Methoden zur Spannungserhaltung im Netz Modell für Erzeugungsanlagen mit Netzstromrichter in ATPDesigner/ATP Definition der Wirkleistungskennlinie P(t) Kennlinien für den Verschiebungsfaktor cos ϕ Verschiebungsfaktor cos ϕ(p) Verschiebungsfaktor cos ϕ(u) Durchführung der Prüfung mit ATPDesigner Netz 1: Verschiebungsfaktor cos ϕ(p) Netzeinspeisung Network Infeed Transformator Transformer Messgeräte Probe Leitungen Line Dezentrale Erzeugungsanlage Renewable Power Infeed Lastimpedanz Netz 2: Verschiebungsfaktor cos ϕ(unap) Dezentrale Erzeugungsanlage Renewable Power Infeed Schalter Ergebnisse der Berechnung dynamischer Netzvorgänge in ATPDesigner Ergebnisse zu den cos phi (P)-Kennlinien Ergebnisse zu den cos phi (U)-Kennlinien Abbildungsverzeichnis Tabellenverzeichnis Seite 2 von 41 Seiten

3 1 Ziel der Überprüfung Das Ziel der vorliegenden Überprüfung ist die Untersuchung und Beurteilung des im Netzberechnungsprogramm ATPDesigner/ATP vorhandenen dynamischen Modells einer dezentralen Erzeugungsanlage (DEA) hinsichtlich des Verhaltens im Normalbetrieb. Als Beurteilungsgrundlage dienen die Forderungen der Mittelspannungsrichtlinie MSR sowie der Systemdienstleistungsverordnung für Windkraftanlagen SDLWindV. Besonderes Augenmerk liegt hier auf der Überprüfung der Übereinstimmung zwischen geforderten Kennlinien des Verschiebungsfaktors cos ϕ mit den Resultaten der dynamischen Berechnung. Im Fall der cos ϕ(p) Kennlinie soll die gesamte Kennlinie im Verlauf der dynamischen Berechnung durchfahren werden und somit nachgewiesen werden, ob die DEA die geforderten Werte des Verschiebungsfaktors zu jedem Zeitpunkt einstellen und einhalten kann. Da im Fall der cos ϕ(u) Kennlinie ein vollständiges Durchfahren der Kennlinie nach dem Beispiel der cos ϕ(p) Kennlinie nicht möglich ist, soll hier der Funktionalitätsnachweis dadurch erbracht werden, dass eine Änderung der Wirk- und Blindleistungseinspeisung gemäß der geforderten Kennlinie zu erkennen ist, wenn sich die Spannung am Netzanschlusspunkt der DEA ändert. 1 Technische Richtlinie Erzeugungsanlagen am Mittelspannungsnetz; Richtlinie für Anschluss und Parallelbetrieb von Erzeugungsanlagen am Mittelspannungsnetz; MSR2008, BDEW, Ausgabe Juni 2008 Seite 3 von 41 Seiten

4 2 Grundlegende Thematik 2.1 Vorgaben zur Blindstrombereitstellung durch dezentrale Erzeugungsanlagen im Kurzschlussfall nach Mittelspannungsrichtlinie Technische Richtlinie: Erzeugungsanlagen am Mittelspannungsnetz (Richtlinien für den Anschluss und Parallelbetrieb von Erzeugungsanlagen am Mittelspannungsnetz) Ausgabe Juni 2008, Bundesverband der Energie- und Wasserwirtschaft e.v. Verhalten der Erzeugungsanlage am Netz - Grundsätze für die Netzstützung Erzeugungsanlagen müssen sich sowohl an der statischen Spannungshaltung (langsame Spannungsänderungen im Normalbetrieb) als auch an der dynamischen Netzstützung (Spannungshaltung bei Spannungsbrüchen) beteiligen können. In Bezug auf die dynamische Netzstützung müssen Erzeugungsanlagen für alle Arten von Kurzschlüssen technisch in der Lage sein: Sich bei Fehlerfall im Netz nicht vom diesem zu trennen Während eines Fehlerfalls die Netzspannung durch die Einspeisung eines Blindstroms zu stützen Nach dem Fehlerfall dem Netz nicht mehr induktive Blindleistung zu entnehmen als vor dem Fehler Maximal zulässiger Kurzschlussstrom Der Kurzschlussstrom des Netzes wird durch den Betrieb von Erzeugungsanlagen vor allem in der Nähe des Netzanschlusspunktes um den Kurzschlussstrom der Erzeugungsanlage erhöht. Der maximale Kurzschlussstrom der Erzeugungsanlagen muss daher überschlägig auf folgende Werte begrenzt sein: Bei Synchrongeneratoren auf das 8-fache des Bemessungsstroms Bei Asynchronmotoren und doppelt gespeisten Asynchronmotoren auf das 6- fache des Bemessungsstrom Bei Generatoren mit Wechselrichter auf das 1-fache des Bemessungsstrom Wirkleistungsabgabe Eine ans Netz angeschlossene Erzeugungsanlage muss in der Lage sein, ihre Wirkleistung in einer Stufung von maximal 10 % der Anschlussleistung in jedem Betriebszustand absenken zu können. Die Verringerung der Leistungsabgabe muss unverzüglich und innerhalb maximal einer Minute erfolgen. Die Reduzierung muss bis auf 10 % der Anschlussleistung möglich sein, bevor sich die Anlage vom Netz trennen darf. Bei einer Frequenzerhöhung auf einen Wert von mehr als 50,2 Hz müssen die Erzeugungsanlagen in der Lage sein, ihre momentane Leistung mit einem Gradienten von 40% Pnom/Hz absenken zu können. Seite 4 von 41 Seiten

5 Blindleistung Die Anlage muss, während sie Wirkleistung ins Netz einspeist in jedem Betriebspunkt in der Lage sein, einen Verschiebungsfaktor von cos phi = 0,95untererregt bis 0,95übererregt einzustellen. Vom Netzbetreiber können zur Blindleistungseinstellung vier verschiedene Möglichkeiten vorgegeben werden: fester Verschiebungsfaktor cos ϕ Verschiebungsfaktor cos ϕ(p) feste Blindleistung in MVar Blindleistungs-/ Spannungskennlinie Q(U) Im Falle, dass vom Netzbetreiber eine cos ϕ(p)- oder eine Q(U)-Kennlinie vorgegeben wird, muss jeder Wert der cos ϕ(p)-kennlinie innerhalb von 10 Sekunden und jeder Wert der Q(U)-Kennlinie innerhalb 1 Minute abgefahren werden können. 2.2 Methoden zur Spannungserhaltung im Netz Lange Zeit wurde Windenergieanlagen und anderen Einspeisern aus erneuerbaren Energien (EE) zum Anschluss an das Versorgungsnetz ein fester Verschiebungsfaktor cos ϕ abverlangt. Im Falle von hohen Spannungseinbrüchen, verursacht durch Fehlerfälle, sollten EE-Anlagen (EEA) sich vom Netz trennen, um negative Auswirkungen und Schäden für das Netz als auch für sich selbst zu vermeiden. Mit Zunahme der installierten Leistung aus erneuerbaren Energien führt das Abschalten der EEA im Fehlerfall gar zu einer Verstärkung des Fehlers. Heute wird daher von EEA verlangt, dass diese in der Lage sind, Spannungseinbrüche durchfahren zu können. Nicht nur im Fehlerfall sollen die EEA, zur Spannungsstützung beitragen, sondern auch im Normalbetrieb verlangt man von den EEA durch eine Blindleistungseinspeisung, zur Spannungsstützung beizutragen. Heutzutage steuert man diese Blindleistungseinspeisung abhängig von der erzeugten Wirkleistung der Anlage. Man spricht von einer cos ϕ(p) Regelung. Im genaueren Sinne liegt bei dieser Methode jedoch keine Regelung sondern lediglich eine Steuerung vor. Um eine möglichst konstante Netzspannung im Intervall Un+10% zu erzielen und Verluste zu minimieren, wurde in ersten Forschungsprojekten eine Spannungsregelung betrachtet. Hier ist nicht mehr die Leistung der EEA der ausschlaggebende Faktor zum Einstellen des Verschiebungsfaktors sondern die Spannung vor der EEA. Man spricht von einer cos ϕ(u) Regelung bzw. einer Q(U) Regelung. Im Folgenden werden beide Methoden genauer betrachtet. Seite 5 von 41 Seiten

6 3 Modell für Erzeugungsanlagen mit Netzstromrichter in ATPDesigner/ATP ATPDesigner stellt ein Modell zur Verfügung, welches die Berechnung der Netzrückwirkungen von dezentralen Energieerzeugungsanlagen (DEA) für dynamische Netzberechnung ermöglicht. Dabei ist zu beachten, dass das Netzwerkelement Renewable Power Infeed (RPI) ausschließlich für die Berechnung dynamischer Vorgänge zu verwenden ist. Das RPI-Modell kann durch die Einstellung positiver und negativer Wirkleistung sowohl als Wirkleistungserzeuger als auch als Wirkleistungsverbraucher verwendet werden. Auf die Grundeinstellungen des Modells (General Technical Data) wird zu einem späteren Zeitpunkt dieses Berichtes näher eingegangen. Abbildung 1: Einstelldialog General Technical Data des RPI Modells 3.1 Definition der Wirkleistungskennlinie P(t) Über die Wirkleistungskennlinie ist es möglich, den zeitlichen Verlauf der Wirkleistung die durch die dezentrale Erzeugungsanlage ins Netz eingespeist oder aufgenommen wird zu definieren. Durch die Eingabe mehrerer sogenannter Stützstellen als Datenpaare [t, P] wird der zeitliche Verlauf der Wirkleistung während der dynamischen Berechnung durch eine lineare Funktion zwischen den Stützstellen interpoliert. Seite 6 von 41 Seiten

7 3.2 Kennlinien für den Verschiebungsfaktor cos ϕ Verschiebungsfaktor cos ϕ(p) Bei der cos ϕ(p)-kennlinie wird die Netzspannung in Abhängigkeit der erzeugten Wirkleistung der EE-Anlagen (EEA) eingestellt. Im genaueren Sinne erfüllt diese Methode nicht die Kriterien, um von einer Regelung zu sprechen. An den Erzeugungsanlagen wird die Wirkleistung gemessen. In Abhängigkeit dieser Wirkleistung wird entsprechend einer vorgegebenen Kennlinie ein Verschiebungsfaktor eingestellt. Gemäß diesem Verschiebungsfaktor erhöht bzw. verringert sich die Blindleistungseinspeisung. Dies wiederum bewirkt eine Veränderung der Netzspannung. Da es bei dieser Methode keine Rückführung der Ausgangsgröße (Netzspannung) zur Eingangsgröße (Wirkleistung der EEA) gibt, kann man hier nicht von einer Regelung sprechen. Es liegt lediglich eine Steuerung vor. Abbildung 2: Betriebsart cos ϕ(p)- geregelter Verschiebungsfaktor cos ϕ Seite 7 von 41 Seiten

8 3.3 Verschiebungsfaktor cos ϕ(u) Bei der cos ϕ(u)-kennlinie ist die Spannung am Netzanschlusspunkt UNAP (NAP) die Eingangsgröße. In Abhängigkeit dieser Spannung wird nach einer Kennlinie ein entsprechender Verschiebungsfaktor der EEA eingestellt, was bewirkt, dass mehr oder weniger Blindleistung eingespeist bzw. aus dem Netz bezogen wird. Final ändert sich durch die veränderte Blindleistung die Netzspannung. Deshalb wird die cos ϕ(u)- Kennlinie auch als Q(U)-Regelung bezeichnet. Da bei diesem System die Ausgangsgröße (Netzspannung) wiederum zum Anfang des Kreises zurückgeführt wird, um anhand der Spannungsdifferenz zwischen Soll- und Ist-Spannung den Verschiebungsfaktor immer wieder neu zu ermitteln, spricht man hier von einer Regelung. Abbildung 3: Betriebsart cos ϕ(v) Geregelter Verschiebungsfaktor cos ϕ Bei dieser Art der Spannungsregelung besteht die Gefahr der Mitkopplung. Wenn das Ausgangssignal wieder zum Anfang der Regelstrecke zurückgeführt wird, kann sich die Ausgangsspannung verstärkend auf das Eingangssignal auswirken. Das bedeutet, dass sich der Verschiebungsfaktor immer stärker verändern muss, daraus wiederum eine immer stärker schwankende Netzspannung generiert und das System zum Aufschwingen neigt. Die Q(U)-Regelung ist trotz ihrer Komplexität im Vergleich zur cos ϕ(p)- Kennlinie und des sich daraus ergebenden Mehraufwands sinnvoll, da hierdurch Verluste im Netz durch eine intelligentere Blindleistungsbereitstellung vermieden werden können. So können beispielsweise EEA nahe der Umspannanlagen, welche keiner hohen Spannungsschwankungen ausgesetzt sind ohne großes Blindleistungsmanagement auskommen, während EEA an Netzausläufern individuell auf die Spannungsschwankungen am Netzanschlusspunkt reagieren können. Seite 8 von 41 Seiten

9 4 Durchführung der Prüfung mit ATPDesigner 4.1 Netz 1: Verschiebungsfaktor cos ϕ(p) Das folgende in Abbildung 4 dargestellte Netz ist ein Strahlennetz, wie es typisch für Mittelspannungsnetze ist. Es wird hier als Referenznetz zur Überprüfung der cos ϕ(p)- Kennlinie verwendet. Abbildung 4: Mittelspannungsnetz mit dezentraler Erzeugungsanlage (DEA), Netz 1 Am Anfang des Netzes befindet sich die 110 kv Netzeinspeisung. Durch die Netzeinspeisung werden die Versorgungsspannung sowie die Netzauswirkungen des übrigen Netzes auf das Referenznetz übertragen. Die Sammelschienen haben keine speziellen Eigenschaften für das aufgebaute Netz, sie dienen lediglich als Knotenpunkt um mehrere Leitungen an einem Punkt miteinander zu verbinden. Mit den Probe P1 bis P4 werden die Messstellen im Referenznetz beschrieben. Für das Referenznetz wurde je eine Messstelle für jeden Leitungszweig gewählt. So erhält man einen Überblick über die Leistung an verschiedenen Stellen im Netz. Außerdem wurde eine Messstelle vor dem RPI-Modell eingesetzt. Diese Messungen sind wichtig, um möglichst genaue Daten über die Leistungen, Spannungen sowie Ströme des RPI-Modells direkt am Netzanschlusspunkt (NAP) zu erlangen. Am Ende des unteren Strangs befindet sich eine Last als Verbraucher. Verbunden sind die einzelnen Betriebsmittel über 20 kv Kabel vom Typ NA2XS2Y 3x1x300mm 2. Die Bezeichnung NA2XS2Y 3x1x300mm 2 beinhaltet folgende Angaben: N = Normtyp A = Aluminiumleiter 2X = Isoliert aus vernetztem Polyethylen S = Schirm aus Kupfer 2Y = Außenmantel aus Polyethylen 3x1x300 = Das Kabel besteht aus 3 zusammenverlegten Einzelleiter mit je einem Querschnitt von 300 mm² Im Folgenden werden die einzelnen Einstellungen und Einstelldialoge aller verwendeten Betriebsmittel nochmals genauer erläutert. Seite 9 von 41 Seiten

10 4.1.2 Netzeinspeisung Network Infeed Der Einstelldialog für die Netzeinspeisung Network Infeed ist in Abbildung 5 dargestellt. Abbildung 5: Einstelldialog (General Technical Data) der Netzeinspeisung Die Einstelldaten der Netzeinspeisung wurden in den Default-Einstellungen übernommen. Diese Einstellungen beinhalten eine Kurzschlussleistung von Sk = 1500 MVA sowie den Kurzschlussstrom für einen 3-poligen Kurzschluss von Ik3 =7,87 ka. Seite 10 von 41 Seiten

11 4.1.3 Transformator Transformer Der Einstelldialog für den 2-Wicklungstransformator Transformer ist in Abbildung 6 abgebildet. Abbildung 6: Einstelldialog (General Technical Data) des Transformators Der Transformator ist gegenüber der Default-Einstellung wie folgt eingestellt: Die Bemessungsspannungen (VrA, VrB) sowohl für die Ober- und Unterspannungsseite sind gleich den Nennspannungen (VnA, VnB). Oberspannungsseite: VrA = VnA = 110 kv Unterspannungsseite: VrB = VnB = 20 kv Der Transformator ist in der Schaltgruppe Yyn0 mit einer starren Sternpunkterdung ausgeführt. Diese besagt, dass der Transformator, sowohl primär- als auch sekundärseitig in Sternschaltung verschaltet ist. Sekundärseitig ist der Sternpunkt niederohmig geerdet. Die Phasenverschiebung zwischen Primär- und Sekundärseite beträgt 0. Die Bemessungsscheinleistung (Srt) des Transformators beträgt 31,5 MVA und das Verhältnis zwischen der Impedanz im Null- und Mitsystem (X01) ist gleich 5. Die Bemessungs-Kurzschlussspannung (uk) beträgt 12 %, was bedeutet, dass im 3-poligen-Kurzschlussfall der Bemessungsstrom des Transformators fließt, wenn an der Oberspannungsseite eine Spannung von 12% Un/ 3 anliegt. Die Kurzschlussverlustleistung beschreibt die Verluste, die im Transformator im Kurzschlussfall, über den Längszweig des entsprechenden Ersatzschaltbildes entstehen. Seite 11 von 41 Seiten

12 4.1.4 Messgeräte Probe Der Einstelldialog der Messgeräte Probe ist in Abbildung 7 abgebildet. Abbildung 7: Einstelldialog (General Technical Data) der Probe Die Probe ist die Messstelle im Netz. Für die Probe können verschiedene Betriebsarten gewählt werden. In diesem Netz wurde die Betriebsart S,P,Q, cos(ø), Vpg, Vpp, Ip(3ph) eingestellt. Damit können folgende Werte angezeigt werden: Messwert S P Q cos(ø) Vpg Vpp Ip(3ph) Bedeutung Scheinleistung Wirkleistung Blindleistung Verschiebungsfaktor Leiter-Erd-Spannung Leiter-Leiter-Spannung Leiterstrom Außerdem ist es wichtig die Nennspannung (Vnom) der Probe auf die Nennspannung des Netzanschlusspunktes einzustellen, an dem die Messstelle betrieben wird. Die Messstelle gibt nach einer Berechnung die Leiter-Erd- und Leiter-Leiter-Spannungen als Betrag der Grundschwingung und als prozentualen Wert in Abhängigkeit der Nennspannung Vnom an. So kann sehr schnell erkannt werden, ob sich die Spannung außerhalb des Toleranzbandes von Un+10 % Nennspannung befindet. Seite 12 von 41 Seiten

13 4.1.5 Leitungen Line Der Einstelldialog für Leitungen Line ist in Abbildung 8 abgebildet. Abbildung 8: Einstelldialog (General Technical Data) der Leitungen Für die verwendeten Kabel wurde wie schon zuvor beschrieben der Typ NA2XS2Y 3x1x300mm 2 gewählt. Das Kabel ist ein genormtes Standartkabel, was in ATPDesigner mit den zugehörigen Impedanzwerten in einer Leitungsbibliothek hinterlegt ist. Wählt man also ein in ATPDesigner vorhandenes Standartkabel aus, muss man lediglich noch die Kabellänge angeben. Alle zugehörigen Werte stellen sich anschließend automatisch ein. Seite 13 von 41 Seiten

14 4.1.6 Dezentrale Erzeugungsanlage Renewable Power Infeed Der Einstelldialog der dezentralen Erzeugungsanlage Renewable Power Infeed ist in Abbildung 9 abgebildet. Abbildung 9: Einstelldialog (General Technical Data) des RPI-Modells im cos ϕ(p) Betrieb Im Einstelldialog für die Dezentrale Erzeugungsanlage muss für die Betriebsart cos phi- Mode als cos ϕ(p)-regelung eingestellt werden. In Abhängigkeit der gewünschten cos ϕ(p)- Kennlinie, die durch das Modell im Folgenden abgefahren werden soll, muss im Einstelldialog die Schein- und Wirkleistung so angepasst werden, dass sich ein Verschiebungsfaktor cos ϕ einstellt, der mindestens gleiche - oder größere Blindleistung erzeugt als der Kennlinie abverlangt wird. Im hier vorliegenden Beispiel wird eine cos ϕ(p)- Kennlinie von -0,9 (=0,9übererregt) bis 0,9 (= 0,9untererregt) abgefahren. Die Scheinleistung wurde daher auf 6000 kva und die Wirkleistung auf 5000 kw eingestellt. Daraus ergibt sich ein Verschiebungsfaktor cos(φφ) = PP SS = 5000 kkkk 6000 kkkkkk = 0, In der Tabelle im Eingabedialog muss eine Leistungskennlinie eingegeben werden, die das Verhältnis der tatsächlichen Leistung zur Nennleistung (P/Pnom) über die Zeit(t) beschreibt. Diese Kennlinie wird in der dynamischen Netzberechnung vom Modell abgefahren. Seite 14 von 41 Seiten

15 Der Einstelldialog der cos ϕ-kennlinie ist in Abbildung 10 abgebildet. Abbildung 10: Registerkarte cos ϕ(p) Abbildung 11: cos ϕ(p)-kennlinie Über die Registerkarte Cos Phi gelangt man auf den Eingabedialog aus Abbildung 10. In diesem Eingabedialog muss die cos ϕ(p)-kennlinie eingetragen werden. Jeder P/Pnom Wert, dem in der cos ϕ(p)-kennlinie ein cos ϕ zugeordnet wird, muss auch in der zuvor eingegeben Wirkleistungs-Zeit-Kennlinie definiert sein. Umgekehrt ist es jedoch nicht erforderlich, dass jedem P/Pnom Wert aus der Wirkleistungs-Zeit-Kennlinie auch ein Verschiebungsfaktor cos phi zugeordnet werden muss. In Abbildung 11 ist die cos ϕ(p)-kennlinie nochmals graphisch dargestellt. Seite 15 von 41 Seiten

16 4.1.7 Lastimpedanz Der Einstelldialog der Lastimpedanz Load Impedance ist in Abbildung 12 abgebildet. Abbildung 12: Einstelldialog (General Technical Data) der Lastimpedanz Die Last ist hier als ohmsche Last ausgeführt. Die Standardeinstellung von 250 Ohm wird übernommen. Die Nennspannung an welcher die Last angeschlossen wird muss noch auf die im Referenznetz verwendete Nennspannung von 20 kv angepasst werden. Die Schein- und Wirkleistung der Last stellen sich auf Grundlage dieser beiden Werte selbst ein. Da es eine rein ohmsche Last ist, bleibt auch der Verschiebungsfaktor cos ϕ=1. Seite 16 von 41 Seiten

17 4.2 Netz 2: Verschiebungsfaktor cos ϕ(unap) Abbildung 13 zeigt das Referenznetz Netz 2, welches gegenüber Netz 1 aus Abbildung 4 zusätzlich durch einen Schalter vor der Last ergänzt. Nachfolgend werden nur die Betriebsmittel näher beschrieben, die sich im Vergleich zu Netz 1 in ihrer Einstellung geändert haben beziehungsweise eine Ergänzung zu Netz 1 darstellen. Abbildung 13: Mittelspannungsnetz mit DEA und zuschaltbarer Last, Netz Dezentrale Erzeugungsanlage Renewable Power Infeed Der Wirkleistungs-Zeit-Kennlinie kommt in diesem Fall nicht dieselbe Bedeutung zu wie im cos ϕ(p) Modell, da die Untersuchung hier erst ab dem Zeitpunkt beginnt in dem die Wirkleistung ihr Maximum erreicht. Es wird also der Nennbetrieb untersucht. In den nachfolgenden Untersuchungen erreicht die DEA ihre Nennleistung jeweils nach 300ms. Abbildung 14: Einstelldialog (General Technical Data) des RPI Modells im cos phi (V) Betrieb Die Scheinleistung (Snom) der DEA wird hier vergrößert, um in den geforderten Bereich des Verschiebungsfaktors von + 0,8 zu kommen. Abbildung 14 zeigt die Registerkarte cos phi. In der Tabelle sind nun die Werte für den Verschiebungsfaktor cos ϕ der DEA Seite 17 von 41 Seiten

18 in Abhängigkeit der Netzspannung am Netzanschlusspunkt V/Vc in p.u. aufgetragen. Die Werte in der Tabelle entsprechen der Kennlinie in Abbildung 16. Abbildung 15: Registerkarte cos phi (V/Vc) Abbildung 16: cos phi (V)-Kennlinie Seite 18 von 41 Seiten

19 4.2.2 Schalter Der Einstelldialog des Schalters Switch ist in Abbildung 17 abgebildet. Im Einstelldialog werden die Zeiten zum Öffnen beziehungsweise Schließen des Schalters eingestellt. Dabei ist zu beachten, dass der Schalter in seiner Grundeinstellung stets geschlossen ist. Deshalb muss die Checkbox CLOSED at Start gedrückt werden, wenn der Schalter im Ausgangszustand offen sein soll. Abbildung 17: Einstelldialog (General Technical Data) des Schalters Seite 19 von 41 Seiten

20 4.3 Ergebnisse der Berechnung dynamischer Netzvorgänge in ATPDesigner Zur Auswertung der Ergebnisse der dynamischen Netzvorgänge bietet ATPDesigner mehrere Möglichkeiten. Im Folgenden werden zwei Varianten gezeigt, welche zur Auswertung der Messergebnisse im Rahmen dieser Projektarbeit genutzt wurden. Zunächst werden anhand der Toolbar gezeigt wie die dynamische Netzberechnung gestartet die Ergebnisse in einem Diagramm angezeigt werden können. Abbildung 18: Toolbar im ATPDesigner/ATP 1. Dynamische Berechnung starten: Write ATP Control File and Start ATP 2. Grafische Auswertung der dynamischen Ergebnisse: Read.PL4 Datei Als Beispiel zur grafischen Auswertung dient hier Abbildung 19, welche den Verlauf von Wirk-, Blind- und Scheinleistung sowie den Verschiebungsfaktor cos ϕ der DEA am Netzanschlusspunkt (Probe 4) aus Netz 1 zeigt. Aus diesen Verläufen kann dann zu jedem Zeitpunkt, entsprechend der Rechenschrittweite, der zugehörige Wert der Messgröße per Cursor ausgelesen werden. P,Q,S,cos ϕ t[s] Abbildung 19: Dynamische Leistungsberechnung Seite 20 von 41 Seiten

21 3. Export der Messwerte: Convert Currents and Voltages and export into a file Durch Klicken dieses Buttons in der Toolbar öffnet sich das in Abbildung 20 gezeigte Fenster. Hier kann man nun verschiedene Messwerte auswählen und in ein externes File exportieren. Abhängig von der Rechenschrittweite kommen so umfangreiche Datenmengen zustande, weshalb die Erfassung der Daten per Cursor dieser Variante vorgezogen wurde. Abbildung 20: Auswahl der Messwerte zum Export in ein externes File Seite 21 von 41 Seiten

22 4.3.1 Ergebnisse zu den cos phi (P)-Kennlinien Es soll untersucht werden wie sich die Vorgabe verschiedener Wirkleistungs-Zeit Kennlinien mit unterschiedlicher Steigung auf die Genauigkeit der berechneten cos ϕ(p) Kennlinie auswirkt. Die Wirkleistungs-Zeit-Kennlinie wird im Einstelldialog des RPI Modells vorgegeben, wie in Abbildung 13 Kapitel beschrieben. Folgende vier Szenarien werden zur Untersuchung vorgegeben: 1 Pnom = 5kW P/Pnom = Szenarien ,5 Rechenzeit 0,1 0,2 0,3 0,4 0,5 0,6 0,7 0,8 0,9 1 t[s] Abbildung 21: Szenarien der Wirkleistungs-Zeit-Kennlinie Zur Rechenzeit: Zu beachten ist, dass die Wirkleistung erst nach 100ms hochgefahren wird. Durch diese Maßnahme soll eine höhere Rechengenauigkeit erzielt werden, da die DFT in den ersten 100 ms durch interne Rechenprozesse keine stationären Werte zur Verfügung hat und deshalb keine aussagekräftigen Berechnungsergebnisse liefern kann. Seite 22 von 41 Seiten

23 Szenario 1 In Szenario 1 wird die Wirkleistung im Zeitbereich t=0,1s t=0,3s von Null auf Pnom = 5000 kw linear erhöht. Tabelle 1 zeigt dazu die Werte der vorgegebenen Kennlinie in der Spalte Vorgabe und die Ergebnisse der dynamischen Netzberechnung in der Spalte ATPDesigner. Die Werte in der Spalte Pmess werden am Messpunkt Probe4 in Netz 1 aus Abbildung 4 aufgenommen. Die Vorgehensweise der folgenden Szenarien 2 und 3 entspricht der von Szenario 1 mit dem Unterschied, dass die Wirkleistung jeweils über eine längere Zeitspanne von Null auf den maximalen Wert von 5000 kw erhöht wird. Die Tabellen 2 und 3 sind somit identisch zu Tabelle 1 aufgebaut. Tabelle 1:Vorgabe- und Messwerte zu Szenario 1 Vorgabe: ATPDesigner: Szenario 1 P/Pnom cos phi P (kw) P/Pnom cos phi Pmess [kw] 0 1,1 0 0,05 1, ,1 1, ,15 1, ,2 1, ,25 1, ,3 1, ,35 1, ,4 1, ,45 1, ,5 1, ,55 0, ,6 0, ,65 0, ,7 0, ,75 0, ,8 0, ,85 0, ,9 0, ,95 0, , ,1 0 0,0524 1, ,1024 1, ,1524 1, ,2028 1, ,248 1, ,2982 1, ,3482 1, ,398 1, ,4526 1, ,5008 1, ,5494 0, ,5996 0, ,6498 0, ,6996 0, ,7494 0, ,8 0, ,851 0, ,9016 0, ,9516 0, , Seite 23 von 41 Seiten

24 Abbildung 22: Vergleich der Vorgabe mit den Ergebnissen der dynamischen Rechnung nach Szenario 1 In blau ist in Abbildung 22 die vorgegebene cos ϕ(p)-kennlinie eingezeichnet. Dem überlagert sind in rot die gemessenen Werte in 0,5 p.u.-schritten eingezeichnet. Man kann sofort sehen, dass die Verläufe der beiden Kennlinien nahezu identisch sind. Die gemessenen Werte weichen nur gering von den vorgegebenen Werten ab. Die größte Abweichung liegt bei der vorgegebenen Leistung P = 2250 kw was 45 % von Pnom entspricht. Die prozentualen Abweichungen an diesem Punkt betragen für den gemessenen zum vorgegebenen Verschiebungsfaktor cosϕ 0,62 % und für die gemessene zur vorgegebenen Leistung P/Pnom 0,575 %. Seite 24 von 41 Seiten

25 Szenario 2 In Szenario 2 wird die Wirkleistung im Zeitbereich t=0,1s t=0,6s von Null auf Pnom = 5000 kw linear erhöht. Nach gleicher Vorgehensweise wie in Szenario 1, zeigt Tabelle 2 die Werte der vorgegebenen Kennlinie in der Spalte Vorgabe und die Ergebnisse der dynamischen Rechnung in der Spalte ATPDesigner. Tabelle 2:Vorgabe- und Messwerte zu Szenario 2 Vorgabe: ATPDesigner: Szenario 2 P/Pnom cos phi P (kw) P/Pnom cos phi Pmess [kw] 0 1,1 0 0,05 1, ,1 1, ,15 1, ,2 1, ,25 1, ,3 1, ,35 1, ,4 1, ,45 1, ,5 1, ,55 0, ,6 0, ,65 0, ,7 0, ,75 0, ,8 0, ,85 0, ,9 0, ,95 0, , ,1 0 0,0509 1, ,5 0,101 1, ,151 1, ,201 1, ,2492 1, ,2992 1, ,3492 1, ,3992 1, ,451 1, ,4998 1, ,5498 0, ,5998 0, ,6498 0, ,6998 0, ,7496 0, ,7998 0, ,8508 0, ,9008 0, ,9508 0, , Seite 25 von 41 Seiten

26 Szenario 2 Abbildung 23: Vergleich der Vorgabe mit den Ergebnissen der dynamischen Berechnung aus Szenario 2 Die Vorgehensweise in Szenario 1 und 2 ist gleich. Der Unterschied liegt lediglich darin, dass Szenario 2 mehr Zeit zur Verfügung steht, um die Kennlinie zu durchfahren. Ein erster visueller Vergleich der vorgegebenen Kennlinie in blau zu den gemessenen Werten in rot zeigt, dass gerade im Bereich 0,2 0,8 P/Pnom, in dem sich der Verschiebungsfaktor cos ϕ ändert, die gemessenen Punkte näher an der vorgegebenen Kennlinie liegen. Die größte Abweichung liegt für Szenario 2 bei der vorgegebenen Leistung P = 1000 kw, was 20 % von Pnom entspricht. Die prozentualen Abweichungen an diesem Punkt betragen für den gemessenen zum vorgegebenen Verschiebungsfaktor cos ϕ 0,21 % und für die gemessene zur vorgegebenen Leistung P/Pnom 0,498%. Es kann schon hier festgestellt werden, dass sich durch das langsamere Erhöhen der Leistung P von 0 auf 5000 kw, die Abweichungen zwischen vorgegebenen und tatsächlich gemessenen Werten verringert. Seite 26 von 41 Seiten

27 Szenario 3 In Szenario 3 wird die Wirkleistung im Zeitbereich t=0,1s t=0,9s von Null auf Pnom = 5000 kw linear erhöht. Auch in diesem Szenario zeigt Tabelle 3 die Werte der vorgegebenen Kennlinie in der Spalte Vorgabe und die Ergebnisse der dynamischen Rechnung in der Spalte ATPDesigner. Tabelle 3:Vorgabe- und Messwerte zu Szenario 3 Vorgabe: ATPDesigner: Szenario 3 P/Pnom cos phi P (kw) P/Pnom cos phi Pmess [kw] 0 1,1 0 0,05 1, ,1 1, ,15 1, ,2 1, ,25 1, ,3 1, ,35 1, ,4 1, ,45 1, ,5 1, ,55 0, ,6 0, ,65 0, ,7 0, ,75 0, ,8 0, ,85 0, ,9 0, ,95 0, , ,1 0 0,0506 1, ,1006 1, ,1506 1, ,2006 1, ,2506 1, ,2996 1, ,3496 1, ,3996 1, ,4506 1, ,4998 1, ,55 0, ,6 0, , , ,8 0,6999 0, ,5 0,7498 0, , , ,8 0,8504 0, ,9004 0, ,9504 0, , Seite 27 von 41 Seiten

28 Abbildung 24: Vergleich der Vorgabe mit den Ergebnissen der dynamischen Berechnung aus Szenario 3 Beim ersten Vergleich der vorgegebenen Kennlinie mit den gemessenen Werten ist keine Abweichung mehr zu erkennen. Betrachtet man die prozentualen Abweichungen des gemessenen zum vorgegebenen Verschiebungsfaktor cos ϕ und der gemessenen zu vorgegebenen Leistung P/Pnom an, bestätigt sich dieser Eindruck. Die größte Abweichung liegt für Szenario 3 bei der vorgegebenen Leistung P = 1000 kw was 20 % von Pnom entspricht. Die prozentualen Abweichungen an diesem Punkt betragen für den gemessenen zum vorgegebenen Verschiebungsfaktor cos ϕ 0,113 % und für die gemessene zu vorgegebenen Leistung P/Pnom 0,299%. Die Abweichung zwischen den gemessenen zu den vorgegebenen Werten konnte durch eine weitere Verlängerung der Zeitspanne zum Erhöhen der Leistung wiederum verkleinert werden Zwischenfazit In jeder der drei Tabellen fällt zunächst auf, dass die tatsächlich gemessene Wirkleistung Pmess nicht exakt der vorgegebenen Wirkleistung entspricht. Diese Abweichung resultiert aus dem linearen Anstieg der P-Kennlinie. In den Abbildung 22 bis 24 sieht man den grafischen Vergleich der vorgegebenen Kennlinien mit den Messwerten der dynamischen Berechnung. Man erkennt, dass das RPI Modell die vorgegebene Kennlinie schon relativ genau abfährt. Gerade im linearen Bereich der Kennlinien gibt es jedoch einige, wenn auch geringe Abweichungen der Messpunkte zur vorgegebenen Kennlinien. Die Genauigkeit der Übereinstimmung nimmt jedoch mit zunehmender Anstiegszeit der Wirkleistung weiter zu. Seite 28 von 41 Seiten

29 Szenario 4 Szenario 4 unterscheidet sich dahin gehend von den anderen zuvor untersuchten Szenarien, dass die Wirkleistung hier nicht linear von Null auf den Maximalwert erhöht wird, sondern eine stufenweise Erhöhung mit teils konstanten Abschnitten gemäß Verlauf 4 aus Abbildung 21 stattfindet. Die unten stehende Tabelle 4 zeigt identisch zu den vorangegangenen Tabellen die Vorgabewerte sowie die aufgenommenen Messwerte des Wirkleistungsverhältnisses P/Pnom, des cos ϕ sowie der tatsächlichen gemessenen Wirkleistung Pmess. Tabelle 4:Vorgabe- und Messwerte zu Szenario 4 Vorgabe: ATPDesigner: Szenario 4 P/Pnom cos phi P (kw) P/Pnom cos phi Pmess (kw) 0 1, ,1 0 0,05 1, ,05 0,1 1, ,1 1, ,15 1, ,15 0,2 1, ,2 1, ,25 1, ,25 0,3 1, ,3 1, ,35 1, ,35 0,4 1, ,4 1, ,45 1, ,45 0,5 1, , ,55 0, ,55 0,6 0, ,6 0, ,65 0, ,65 0,7 0, ,7 0, ,75 0, ,75 0,8 0, ,8 0, ,85 0, ,85 0,9 0, ,9 0, ,95 0, ,95 1 0, , Hier fäll zunächst auf, dass die Tabelle 4 einige leere Zeilen enthält. Dies sind die Zwischenbereiche, in denen die Wirkleistung sprunghaft erhöht wurde. Da die dynamische Berechnung eine gewisse Eigenzeit zur Ausführung der Rechnungen benötigt können in diesen Sprungbereichen keine aussagekräftigen Messwerte erfasst werden. Weiterhin erkennt man, dass nun die tatsächlich gemessene Wirkleistung Pmess exakt der vorgegebenen Wirkleistung entspricht, da die Wirkleistung für jeden der betrachteten Werte über eine kurze Zeit konstant gehaltern wurde. Auch die Abweichung des cos ϕ vom vorgegeben Wert ist noch geringer geworden. Im konstanten Bereich der Kennlinie stimmten beide Werte sogar stets überein. Seite 29 von 41 Seiten

30 Wie erwartet erkennt man in Abbildung 25, dass die Messwerte mit der vorgegebenen Kennlinie übereinstimmen. Es ist praktisch kein Unterschied mehr festzustellen. Abbildung 25: Vergleich der Vorgabe mit den Ergebnissen der dynamischen Berechnung aus Szenario 4 Seite 30 von 41 Seiten

31 Zusammenfassung Tabelle 5 ist in vier Hauptspalten eingeteilt, welche jeweils die prozentuale Abweichung des Verschiebungsfaktors cos ϕ sowie der gemessenen Wirkleistung vom jeweiligen Sollwert für die verschiedenen Wirkleistungs-Zeit-Kennlinien angeben. Tabelle 5:Prozentuale Abweichungen der Messwerte % - Abweichung % - Abweichung % - Abweichung % - Abweichung Szenario 1 Szenario 2 Szenario 3 Szenario 4 cos phi P [kw] cos phi P [kw] cos phi P [kw] Δcos phi ΔP[kW] ,073 4,580-0,043 1,768-0,007 1,186-0,030 2,344 0,004 0,990-0,002 0, ,036 1,575 0,000 0,662-0,001 0,398 0,562 1,381 0,210 0,498 0,113 0, ,233-0,806 0,089-0,321 0,098 0,239 0,206-0,604 0,065-0,267 0,041-0,134 0, ,201-0,517 0,063-0,229 0,038-0,114 0,253-0,503 0,102-0,200 0,076-0,100 0, ,620 0,574 0,178 0,222 0,113 0,133-0,027 0,160 0,011-0,040 0,020-0,040 0, ,157-0,109 0,073-0,036 0,032 0,000 0,233-0,067 0,076-0,033 0,033 0,000-0, ,267-0,031 0,100-0,031 0,053-0,006 0,313-0,057 0,143-0,029 0,095-0,014 0, ,220-0,080 0,051-0,053 0,002-0,027-0,315 0,000-0,129-0,025-0,072-0, ,015 0,118 0,001 0,094 0,000 0,047 0,011 0,177 0,000 0,089 0,000 0, ,011 0,168 0,000 0,084 0,000 0, In Abbildung 26 sind die jeweiligen Abweichungen der Wirkleistung in einem Balkendiagramm zunächst über den gesamten Wirkleistungsbereich dargestellt. Seite 31 von 41 Seiten

32 [%] 5 Abweichung der Wirkleistung vom Sollwert bei veränderlicher Steigung der P(t) Kennlinie P(t) 1 P(t) 2 P(t) 3 P(t) [kw] Abbildung 26: Abweichung der gemessenen Wirkleistungen der vier Szenarien vom Sollwert bei veränderlicher Steigung der P(t)-Kennlinie Auffallend ist, dass die Abweichungen der Wirkleistung im vorderen Wirkleistungsbereich bis ca kw erheblich größer sind als im Nennleistungsbereich. Nach 1000 kw ist die prozentuale Abweichung in allen Betrachtungsfällen stets kleiner als 1%. In den Fällen, in denen die Wirkleistung langsamer erhöht wird, ist dies bereits ab 500kW der Fall. Seite 32 von 41 Seiten

33 Abweichung des cos phi vom Sollwert der Kennlinie bei veränderlicher Steigung der P(t) Kennlinie [%] P(t) 1 P(t) 2 P(t) 3 P(t) cos phi Abbildung 27:Abweichung des gemessenen cos phi der vier Szenarien vom Sollwert der Kennlinien bei veränderlicher Steigung der P(t)-Kennlinie In Abbildung 27 werden die prozentualen Abweichungen des Verschiebungsfaktors cos ϕ zum Sollwert aller Wirkleistungs-Zeit-Kennlinien dargestellt. Die maximale Abweichung beträgt ca. 0.6%. Aufgrund dieser sehr hohen Genauigkeit kann man zur Vereinfachung jegliche Abweichungen vernachlässigen, da diese erst ab der dritten Nachkommerstelle auftreten. Die obigen Abbildungen und Tabelle bestätigen somit, dass die Genauigkeit des RPI Modells mit einer größer werdenden Zeitspanne für die Anfahrrampe der Wirkleistungs- Zeit-Kennlinie zunimmt. Der cos ϕ(p)-betrieb des RPI-Modells liefert insbesondere bei langsamer Wirkleistungs-Zeit-Kennlinie Werte die der Vorgabe sehr gut entsprechen. Wir empfehlen daher die Wirkleistung nach Kennlinie 3 oder 4 einzustellen um höchste Genauigkeit über den gesamten Kennlinienbereich zu erzielen. Im Nennbetriebspunkt sind alle Szenarien ausreichend. Seite 33 von 41 Seiten

34 4.3.2 Ergebnisse zu den cos phi (U)-Kennlinien Im Gegensatz zum cos ϕ(p) Modell ist es bei diesem Modell nicht möglich den gesamten Kennlinienbereich in einer Rechnung zu durchfahren. Vielmehr kann aufgrund der Eigenschaften des vorgelagerten Netzes im untersuchten Beispielnetz nur ein sehr kleiner Bereich der Kennlinie erfasst werden Szenario 1: Lastzuschaltung Abbildung 28 zeigt die vorgegebene cos ϕ(u)-kennlinie und die qualitative Änderung der Spannung V/Vc sowie des Verschiebungsfaktors cos ϕ in Folge der Zustandsänderung durch Lastzuschaltung. Abbildung 28:Verhalten der DEA im cos phi (U) Betrieb bei Lastzuschaltung Nach 300ms erreicht die DEA Nennleistung. Zum Zeitpunkt 1 ist die Spannung am NAP leicht erhöht. Das Verhältnis V/VC ist >1. Nach 500ms wird am Netz eine Last zugeschaltet. Als Folge sinkt die Spannung am NAP gegenüber der Nennspannung ab. (Zeitpunkt 2) Das Verhältnis V/VC ist nun kleiner 1. Der Kennlinie folgend wechselt die DEA vom untererregten in den übererregten Betrieb und speist nun Blindleistung ins Netz ein um dem Spannungseinbruch entgegen zu wirken. Seite 34 von 41 Seiten

35 U,cos ϕ U NAP cos ϕ t[s] Abbildung 29:Spannung am Netzanschlusspunkt und Leistungsfaktor der DEA In Abbildung 29 ist der Spannungsverlauf in blau und der Verlauf des Verschiebungsfaktors cos ϕ in rot beim Durchlaufen des zuvor beschriebenen Szenarios dargestellt. Man kann auch in dieser Abbildung wie zuvor schon erwähnt erkennen, wie die DEA von 100 ms bis 300 ms ihre Leistung bis auf Nennleistung erhöht, was hier am Spannungsanstieg zu erkennen ist (Zeitpunkt 1). Nach 500 ms, zum Zeitpunkt an dem die Last zugeschaltet wird, ist über eine Zeitspanne von ca. 50 ms ein Einschwingvorgang zu sehen, bei dem sich die Spannung auf einen Wert unterhalb der Nennspannung Un = 1p.u. einstellt (Zustand 2). Seite 35 von 41 Seiten

36 Q,U,cos ϕ U NAP cos ϕ Q übererregt Q untererregt t[s] Abbildung 30:Wechsel der DEA vom untererregten in den übererregten Betrieb In Abbildung 30 ist für das gleiche Szenario zusätzlich der Verlauf der Blindleistung (Q) in grün dargestellt. Es ist hier deutlich durch den Vorzeichenwechsel zu erkennen, wie die Blindleistung vom untererregten in den übererregten Bereich wechselt. Anfangs, bei einer Spannung über Nennspannung bezieht die DEA Blindstrom. Je höher die Spannung ansteigt, desto größer wird auch der Blindleistungsbezug der DEA (Zeitpunkt 1). Durch das Zuschalten der Last, fällt jedoch, wie zuvor schon beschrieben die Spannung unter Nennspannung und die DEA wechselt in den übererregten Bereich, was dazu führt, dass sie Blindleistung in das Netz einspeist (Zeitpunkt 2). Seite 36 von 41 Seiten

37 Szenario 2: Lastabschaltung Abbildungen 31 zeigt die vorgegebene cos ϕ(u)-kennlinie und die qualitative Änderung der Spannung V/Vc sowie des Verschiebungsfaktor cos ϕ in Folge der Zustandsänderung durch Lastabschaltung. übererregt Q > 0 V Cos ϕ Last weg RPI: S=6500 W P=5000 W Last: S=P=3 kw untererregt 1 V Q < 0 V Cos ϕ V/Vc Abbildung 31:Verhalten der DEA im cos phi (U) Betrieb bei Lastabschaltung Auch hier erreicht die DEA nach 300ms Nennleistung. Die Spannung am NAP ist zum Zeitpunkt 1 gegenüber der Nennspannung erhöht. Wird die Last nach 500ms vom Netz getrennt steigt die Spannung am NAP aufgrund der Wirkleistungseinspeisung der DEA weiter an. Der Kennlinie folgend wird der Leistungsfaktor verringert und die DEA bezieht zum Zeitpunkt 2 mehr Blindleistung als zuvor um dem Spannungsanstieg am NAP entgegen zu wirken. Seite 37 von 41 Seiten

38 U,cos ϕ U NAP cos ϕ t[s] Abbildung 32: Spannung am Netzanschlusspunkt und Leistungsfaktor der DEA In Abbildung 32 ist der Spannungsverlauf V/Vc in blau eingezeichnet. Wie schon in Szenario 1 zu erkennen war, erhöht sich auch hier die Netzspannung in der Zeit von 100 ms bis 300 ms nach Simulationsstart. Ab diesem Zeitpunkt hat die DEA ihre Nennleistung erreicht. Die Spannung befindet sich leicht über Nennspannung Un = 1p.u. (Zeitpunkt 1). Bei diesem Szenario wurde nach 500 ms ein Schalter betätigt um die Last vom Netz zu trennen, was wie zuvor beschrieben nach dem Einschwingvorgang eine Spannungserhöhung zur Folge hat (Zeitpunkt 2). Seite 38 von 41 Seiten

39 U,cos ϕ U NAP cos ϕ Q untererregt t[s] Abbildung 33: Zusätzlicher Blindleistungsbezug der DEA in Folge der Lastabschaltung In Abbildung 33 ist der Blindleistungsverlauf dieser Simulation in grün dargestellt. Die DEA bezieht zum Zeitpunkt 1, also bei voller Nennleistung und vor Betätigung des Schalters Blindleistung aus dem Netz um die erhöhte Spannung auszugleichen. Nachdem die zusätzliche Last vom Netz getrennt wurde steigt der Blindleistungsbezug der DEA weiter an um die gestiegene Spannung im Netz auszugleichen (Zeitpunkt 2) Zusammenfassung Auch im cos ϕ(v)-betrieb setzt das RPI-Modell die geforderten Vorgaben um. Die vorausgegangenen Abbildungen zeigen, dass die DEA der vorgegebenen Kennlinie nach Abbildung 28 und 31 bei entsprechender Zustandsänderung folgt. Seite 39 von 41 Seiten

40 5 Abbildungsverzeichnis Abbildung 1:Einstelldialog General Technical Data des RPI Modells... 6 Abbildung 2: Betriebsart cos phi (P)- geregelter Verschiebungsfaktor cos phi... 7 Abbildung 3: Betriebsart cos phi (V) Geregelter Verschiebungsfaktor cos phi... 8 Abbildung 4: Mittelspannungsnetz mit dezentraler Erzeugungsanlage (DEA), Netz Abbildung 5: Einstelldialog (General Technical Data) der Netzeinspeisung Abbildung 6: Einstelldialog (General Technical Data) des Transformators Abbildung 7: Einstelldialog (General Technical Data) der Probes Abbildung 8: Einstelldialog (General Technical Data) der Leitungen Abbildung 9: Einstelldialog (General Technical Data) des RPI Modells im cos phi (P) Betrieb Abbildung 10: Registerkarte Cos Phi (P) Abbildung 11: Cos Phi (P)-Kennlinie Abbildung 12: Einstelldialog (General Technical Data) der Lastimpedanz Abbildung 13: Mittelspannungsnetz mit DEA und zuschaltbarer Last, Netz Abbildung 14: Einstelldialog (General Technical Data) des RPI Modells im cos phi (V) Betrieb Abbildung 15: Registerkarte cos phi (V/Vc) Abbildung 16: cos phi (V)-Kennlinie Abbildung 17: Einstelldialog (General Technical Data) des Schalters Abbildung 18: Toolbar im ATPDesigner/ATP Abbildung 19: Dynamische Leistungsberechnung Abbildung 20: Auswahl der Messwerte zum Export in ein externes File Abbildung 21: Szenarien der Wirkleistungs-Zeit-Kennlinie Abbildung 22: Vergleich der Vorgabe mit den Ergebnissen der dynamischen Rechnung nach Szenario Abbildung 23: Vergleich der Vorgabe mit den Ergebnissen der dynamischen Berechnung aus Szenario Abbildung 24: Vergleich der Vorgabe mit den Ergebnissen der dynamischen Berechnung aus Szenario Abbildung 25: Vergleich der Vorgabe mit den Ergebnissen der dynamischen Berechnung aus Szenario Abbildung 26: Abweichung der gemessenen Wirkleistungen der vier Szenarien vom Sollwert bei veränderlicher Steigung der P(t)-Kennlinie Abbildung 27:Abweichung des gemessenen cos phi der vier Szenarien vom Sollwert der Kennlinien bei veränderlicher Steigung der P(t)-Kennlinie Abbildung 28:Verhalten der DEA im cos phi (U) Betrieb bei Lastzuschaltung Abbildung 29:Spannung am Netzanschlusspunkt und Leistungsfaktor der DEA Abbildung 30:Wechsel der DEA vom untererregten in den übererregten Betrieb Abbildung 31:Verhalten der DEA im cos phi (U) Betrieb bei Lastabschaltung Abbildung 32: Spannung am Netzanschlusspunkt und Leistungsfaktor der DEA Abbildung 33: Zusätzlicher Blindleistungsbezug der DEA in Folge der Lastabschaltung Seite 40 von 41 Seiten

41 6 Tabellenverzeichnis Tabelle 1:Vorgabe- und Messwerte zu Szenario Tabelle 2:Vorgabe- und Messwerte zu Szenario Tabelle 3:Vorgabe- und Messwerte zu Szenario Tabelle 4:Vorgabe- und Messwerte zu Szenario Tabelle 5:Prozentuale Abweichungen der Messwerte Seite 41 von 41 Seiten