Der regelbare Ortsnetztransformator. Problemlösung oder Kostenfaktor?

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Daniel Gärtner
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1 Der regelbare Ortsnetztransformator Problemlösung oder Kostenfaktor? Power Engineering Saar Institut für Elektrische Energiesysteme der Hochschule für Technik und Wirtschaft des Saarlandes Prof. Dr.-Ing. Michael Igel Version

2 RONT Regelbarer OrtsNetzTransformator Was ist regelbar? RONT Was ist das? Spannung am Transformator im 400V-Netz Wie ist die Spannung regelbar? Änderung der Anzahl Windungen N 1 oder N 2 (Quelle: Georg-Augustus Universität Göttingen) Warum ein regelbarer Transformator? Um die Spannungsschwankungen im 400V-Netz im zulässigen Spannungsband U n ±10% zu halten U N = U N1 2

3 Solarstrom und Netzspannung RONT eine Folge der Energiewende Sehr hohe Anzahl von Solarstromanlagen im 400V-Netz Anlagen können unzulässig hohe Spannungen verursachen Abschaltung der Solarstromanlagen Spannungsregelung ist erforderlich Leiter-Erd-Spannung [V] Versorgungsspannung am Netzanschlusspunkt (NAP) VDE-AR-N 4105: u NAP 3% U n 105% Leistung [W] :00 09:00 12:00 15:00 18:00 21:00 Uhrzeit [hh:mm] Un Un +3% Un -3% ULE gemessen Leistung gemessen 3

4 Solarstrom und Netzspannung Kraftwerk = Spannungsquelle d.h. Wasserdruck = konst. Solarstromanlage = Stromquelle d.h. Wasserstrom = konst. Solarstromanlagen mit Netzstromrichter sind Stromquellen 4

5 400V-Netz: Netztopologie 400V 1,4km, 950V PV = 30kW U<> - Schutz Verbraucher an 1.400m langer 950V-Leitung mit 30kW-Anlage 5

6 400V-Netz: Szenarien 400V 1 2 1,4km, 950V PV = 30kW 3 Messorte 1. Sammelschiene (Ortsnetzstation) 2. Verbraucher am Ende einer Straße ohne Solarstromanlagen 3. Netzanschlusspunkt der 30kW-Solarstromanlage Szenarien Solarstrom (PV) Verbraucher (Last) 1 100% 0% 2 100% 100% 3 0% 100% 6

7 400V-Netz: Netzspannung 1 Szenario 1: 100% PV, 0% Last 1 Szenario 2: 100% PV, 100% Last Sammelschiene (Ortsnetzstation) Verbraucher in Straße ohne PV 30kW-Solarstromanlage 1 Szenario 3: 0% PV, 100% Last Varianten der Ortsnetzstation Netzspannung U n +2,50% Netzspannung U n +0% Einsatz eines RONT 7

8 RONT Ein wenig Netzphysik Wie groß ist die Spannungsanhebung an der Sammelschiene? Sammelschiene = Messort der Referenzspannung (= IST-Spannung) 400V 1,4km, 950V PV = 30kW U 1T U 1L U n 3 ~ ~ ~ Z 1T U1B Z 1L I 1 U 1 NAP 1 U = U 1+ Z Z 1B 1NAP 1L 1T U = 2,35% U 1B 1NAP 8

9 Längsregler Was ist das? 400V 1,4km PV = 30kW U U E ~ U A Technische Daten Stufung ±6V, 6 Stufen ±36V Längsspannung ± 16% U n / 3 Verlustleistung ca. 500W Kurzschlussspannung ca. 1% Regelung der Ausgangsspannung (Ziel)Genauigkeit der Ausgangsspannung U A : U n / 3 ± 2,5% 9

10 400V-Netz: Längsregler 400V 1,4km PV = 30kW U<> - Schutz Verbraucher an 1.400m langer 950V-Leitung mit 30kW-Anlage 10

11 400V-Netz: Längsregler Szenario 1: 100% PV, 0% Last Szenario 2: 100% PV, 100% Last 1 1 Sammelschiene (Ortsnetzstation) Verbraucher in Straße ohne PV 30kW-Solarstromanlage 1 Szenario 3: 0% PV, 100% Last Varianten der Ortsnetzstation Netzspannung U n +2,50% Netzspannung U n +0% Einsatz eines RONT 11

12 RONT Längsregler Szenario 1: 100% PV, 0% Last Szenario 1: 100% PV, 0% Last 1 1 Längsregler Sammelschiene (Ortsnetzstation) Verbraucher in Straße ohne PV 30kW-Solarstromanlage Varianten der Ortsnetzstation Netzspannung U n +2,50% Netzspannung U n +0% Einsatz eines RONT 12

13 RONT Längsregler Szenario 2: 100% PV, 100% Last Szenario 2: 100% PV, 100% Last 1 1 Längsregler Sammelschiene (Ortsnetzstation) Verbraucher in Straße ohne PV 30kW-Solarstromanlage Varianten der Ortsnetzstation Netzspannung U n +2,50% Netzspannung U n +0% Einsatz eines RONT 13

14 RONT Längsregler Szenario 3: 0% PV, 100% Last Szenario 3: 0% PV, 100% Last 1 1 Längsregler Sammelschiene (Ortsnetzstation) Verbraucher in Straße ohne PV 30kW-Solarstromanlage Varianten der Ortsnetzstation Netzspannung U n +2,50% Netzspannung U n +0% Einsatz eines RONT 14

15 Ergebnisse Solarstromanlagen verursachen volatile Spannungsschwankungen abhängig von Wetter d.h. Sonneneinstrahlung, Bewölkung, etc. (= Primärleistung) (Last)Verhalten der Stromkunden Aufgabe des Netzbetreibers ist u.a. die Spannungshaltung U n ±10% Spannungsregelung mit RONT oder Längsregler abhängig von Netztopologie und Impedanzen der Betriebsmittel Leistung und Netzanschlusspunkt (NAP) der Solarstromanlagen Ergebnis RONT kann, muss aber keine Lösung für das Spannungsproblem sein Längsregler kann eine (auch kostengünstigere) Lösung sein Netzstudie ist vor der Investitionsentscheidung erforderlich 15

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