Spannungsregelung durch PV-Wechselrichter in Niederspannungsnetzen Erfahrungen aus morepv2grid. Benoît Bletterie

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Waldemar Bösch
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1 Spannungsregelung durch PV-Wechselrichter in Niederspannungsnetzen Erfahrungen aus morepv2grid Benoît Bletterie

2 Inhalt 1. Projektansatz 2. Wirksamkeit der lokalen Spannungsregelung unter realen Bedingungen 3. Planung und Durchführung der Feldtests 4. Erfahrungsaustausch - IEA PVPS Task 14 B. Bletterie, 1. österreichische PV Tagung , Laxenburg AIT 2

3 morepv2grid Ansatz Motivation: Reserven (hosting capacity - Aufnahmefähigkeit) unter derzeitigen Planungskriterien schnell erreicht wenig Wissen über Niederspannungsnetze Planung auf Basis konservativer Annahmen (worst- worst case) Lokale Probleme sollten lokal gelöst werden PV Anlagen als Teil der Lösung Aber: Komplexität steigt, Erfahrungen fehlen Ansatz (Simulationen, Labortests und Feldtests): Quantifizierung der Auswirkung einer hohen PV-Dichte Abschätzung der Wirksamkeit der Regelung / Stabilitätsuntersuchungen Entwicklung der Regelung Validierung B. Bletterie, 1. österreichische PV Tagung , Laxenburg AIT 3

4 Was ist bei Niederspannungsnetzen anders? Lastprofile aus 1 s-messungen (2 Wochen) PL1, PL2, PL3 QL1, QL2, QL3 Was ist neu? Unsymmetrische Lastflussberechnung Hoch aufgelöste Messungen statt synthetische Last- und Erzeugungsprofile PV Profile aus 1 s {G,T}- Messungen I-V Modell aus EN repräsentative Tage wurden ausgewählt Active Power (W) Reactive Power (VAr) Mon Tue Wed Thu Fri Sat Sun Mon Day Mon Tue Wed Thu Fri Sat Sun Mon Day Irradiance (W/m 2 ) Irradiance (W/m 2 ) s values 1 min average Time (h) 1 s values 1 min average Time (h) Irradiance (W/m 2 ) Irradiance (W/m 2 ) s values 1 min average Time (h) s values 1 min average Time (h) Irradiance (W/m 2 ) Irradiance (W/m 2 ) s values 1 min average Time (h) s values 1 min average Time (h) B. Bletterie, 1. österreichische PV Tagung , Laxenburg AIT 4

5 Lokale Spannungsregelung mit PV-Wechselrichter Fragen: Wirksamkeit der Regelung Nebenwirkungen : Einfluss auf andere Knoten und Phasen Netzverluste Blindleistungsbezug Auslegung der PV Anlagen Einfluss auf den Ertrag? Sinnvolle Einstellungen?! Q rel = 1% (übererregt) 6%,8,9 Q(U) Kennlinie,93-6% 1, 1,1 1,2 1,7 U/U Nenn Q rel = -1% (untererregt) B. Bletterie, 1. österreichische PV Tagung , Laxenburg AIT 5

6 Wirksamkeit der Q-basierte U-Regelung in Niederspannungsnetzen.2.18 Voltage sensitivity of the.4 kv nodes Unter symmetrischen Bedingungen: U/ Q (%/kvar) Trafostation Entfernteste Knoten U R P U N 2 1 tan φ 1 R X Am entferntesten Knoten: U/ P =,15 %/kw U/ Q =,6 %/kvar R/X~2,5.4.2 Kompensation =, U/ P (%/kw) B. Bletterie, 1. österreichische PV Tagung , Laxenburg AIT 6

7 Wirksamkeit der Spannungsregelung (hier cos (P)) unter unsymmetrischen Bedingungen Z ref =,4+j,25 (IEC 6725): 15 kw 3Ø Distr. station 5 kw L1 5 kw L1 5 kw L2 Voltage deviation (%) Voltage deviation (%) Voltage deviation (%) Weakest node (R/X~1.4) 3-phase infeed single-phase infeed L1 UL2N sinkt single-phase infeed L1&L Power factor (-) UL1N wenig kompensiert u L1n u L2n u L3n u n B. Bletterie, 1. österreichische PV Tagung , Laxenburg AIT 7

8 Probabilistische Methoden für die Netzplanung optimale Phasenzuordnung mit Smart Meters 1 Achievable reduction by reassignment Handgriffe: cdf Maximal voltage rise of L1 L2 L3 (p.u.) B. Bletterie, 1. österreichische PV Tagung , Laxenburg AIT 8

9 PowerFactory Feldtests - Vorbereitung 3_kV_Netz DIgSILENT Netzumbau um die Auswirkung der PV Anlagen zu erhöhen: Verlegung eines Kabels (Erhöhung des Angriffsfaktor) Umschaltung der Anlagen auf die gleiche Phase Noch zulässig (Stark- / Schwachlast)? KK _HA_frd_Cu_4x Trafostation 1636_Krenglbach_HS 1636_ON_Kenglbach_NS-Verteiler LS/TR Schalter_STRANG9 STRANG9_ _XAY2Y_4x15 KK _YY_4x16 Richtung_KK_NEU_SS_LINKS Richtung_KK_NEU_SS_RECHTS RI_KK_NEU_SS_LI RI_KK_NEU_SS_RE RI_KK_NEU_SS_LI_XAY2Y_4x15 RI_KK_NEU_SS_RE_XAY2Y_4x15 KK_NEU_SS_LINKS KK_NEU_SS_RECHTS LS/TR Schalter_PV_6162_v_LI LS/TR Schalter_PV_6162_v_RE Richtung_PV_6162_v_LI Richtung_PV_6162_v_RE 1412a_YY_4x _YY_4x KK _AYY_4x _XY2Y_4x _XAY2Y_4x15 ON_Trafo_4kVA_27.5/.4kV _HA_frd_Cu_4x _YY_4x PV_ _AYY_4x KK31839 KK _YY_4x _XY2Y_4x _YY_4x _YY_4x _AYY_4x _HA_frd_Cu_4x _YY_4x _YY_4x _XAY2Y 4x _XAY2Y 4x MU Situation: cos =1: 4,9 % cos =,85: 3,6 % Kompensation: 26 % RINGSCHALTER_N-Unterbr_Richtung_KK_31841 KK _YY_4x _YY_4x _YY_4x _YY_4x _YY_4x KK _XAY2Y_4x _AYY_4x15 KK3148 KK _YY_4x _YY_4x _YY_4x16 MU MU RINGSCHALTER_NEU_Richtung_KK_ _HA_frd_Cu_4x _YY_4x a_AYY_4x _YY_4x Richtung_KK Richtung_KK _XAY2Y_4x15 PV_5997 PV_7473_1 PV_7473_ _HA_frd_Cu_4x _YY_4x _YY_4x _HA_frd_Cu_4x _XAY2Y_4x KK _XY2Y_4x _HA_frd_Cu_4x _YY_4x RINGV ERBINDUNG_NEU_KK31837/KK PV_ _HA_frd_Cu_4x MU _XAY2Y_4x15 KK _YY_4x _YY_4x ON 1636 KRENGLBACH STRANG 9 Projekt: mpv2grid Grafik: Netz PowerFactory Erstellt von: Streif Michael, Kirchhofer Martin Datum: Anhang B. Bletterie, 1. österreichische PV Tagung , Laxenburg AIT 9

10 Feldtests - Monitoring Testplan mit verschiedenen Regelmodi wurden definiert Wechselrichter-Monitoring (Solar.access) Grundsätzliche Überprüfung der Funktion Feldtest-Betrieb wöchentliche Auswertung Dauer Power-Monitoring (bei einer PV Anlagen) Dauer Power-Quality Monitoring (3 Stellen entlang des Strangs) Power Snap Shot Analysis (smart meter) zur synchronen Aufnahme relevanter Zustände Input für weitere Simulationen Irradiation (W/m 2 ) Voltage (V) /9 9/9 16/9 2/9 9/9 16/9 B. Bletterie, 1. österreichische PV Tagung , Laxenburg AIT 1

11 IEA PVPS Task 14 High-Penetration PV in Electricity Grids Goals Promote the use of grid connected PV Develop and verify technical requirements for PV and electric power systems Enable the active role of PV systems related to energy management and system control of electricity grids Outcomes Provide access to more transparent technical analyses Provide comprehensive case studies for high penetration PV Dissemination activities, Utility Workshops, Conferences, Providing objective and neutral high-quality Information B. Bletterie, 1. österreichische PV Tagung , Laxenburg AIT 11

12 Task 14 First Results Energy Management with PV Case studies for PV integration Base case PV 4.5 kwh/d Integration with DSM PV 6.5 kwh/d (+45%) Integration with Storage system PV 12 kwh/d (+165%) Integration with DSM and storage system PV 12.9 kwh/d (+185%) Source: Planair/Lionel Perret B. Bletterie, 1. österreichische PV Tagung , Laxenburg AIT 12

13 Task 14 First Results Survey on PV forecast techniques 14 models 3 regions: USA, Europe and Japan Source Location of validation Time step and forecast time Uncertainty % of persistence Uncertainty RMSE (relative or absolute) Source: Jan Remund, Meteotest DLR (DE) Southern Spain 1 h, day 1 DNI: 5 64% rmse CanmetENERGY (CAN) Canada, USA 1 h, day % JWA (JP) Japan 3 Min, 1h. 14 W/m 2 MeteoSwiss (CH) Switzerland Univ. Oldenburg / Meteocontrol (DE) Switzerland Southern Spain 1 h, day 1 65% 61% 2 42 % rmse 21 % rmse Canada, Spain 57% 2 Univ. Jaen (ES) Southern Spain 1 h, day 1 72% 2 DTU IMM (DK) Denmark 68% 2 AIST / Waseda (JP) Japan 1 h, day 1 1 W/m 2 Univ. GIFU (JP) Gifu 1 h 64% rmse UCSD (USA) San Diego, 4 days 3 sec. 5 min. 5% 75% Bluesky Wetteranalyse (A) Switzerland 1 h, day 1 65% 2 Irsolav (ES) Spain 1 h, day % rmse Meteotest (CH) Switzerland 1 h, day 1 72% % rmse Weather Analytics (USA) B. Bletterie, 1. österreichische PV Tagung , Laxenburg AIT 13

Task 14 First Results High Penetration Case Studies Distribution grid case studies Germany USA Belgium Overall power system studies Japan USA Italy Source: E.

14 Task 14 First Results High Penetration Case Studies Distribution grid case studies Germany USA Belgium Overall power system studies Japan USA Italy Source: E.on Bayern/Fraunhofer IWES Source: SMUD/NREL Source: NREL Source: Y.M. Saint Drenan/Fraunhofer IWES B. Bletterie, 1. österreichische PV Tagung , Laxenburg AIT 14

15 Task 14 Dissemination and interaction with key stakeholders Successful series of Task 14 High Penetration PV Workshops: 9.21: Joint Task 1/14 workshop EUPVSEC, Valencia 12.21: Task 14 workshop, Golden, CO, U.S.A. Hosted U.S. DoE, NREL and SEPA 5.211: Task 14 utility workshop, Lisbon, Portugal, Hosted by EDP 1.211: Task 14 Utility and Research workshop, Beijing, China, hosted by the IEE, Chinese Academy of Sciences 5.212: Task 14 High penetration PV workshop, Kassel, Germany, Hosted by SMA : Task 14 High penetration PV workshop, Tokyo, Japan, hosted by NEDO 5.213: Brussels Presentations available at B. Bletterie, 1. österreichische PV Tagung , Laxenburg AIT 15

16 Danke für Ihre Aufmerksamkeit BENOÎT BLETTERIE Energy Department Electric Energy Systems AIT Austrian Institute of Technology GmbH Giefinggasse Vienna Austria T +43() benoit.bletterie@ait.ac.at

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