PV als Treiber für Smart Grids in Bayern

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1 PV als Treiber für Smart Grids in Bayern Smart Grids Week Bregenz 2012 Walter Albrecht LW Verteilnetz GmbH Seite 1

2 Agenda > inleitung, Kennzahlen und Prognose 2021 > Spannungshaltung Unsymmetrische inspeisung Blindleistungsregelung Spannungsregelung im UW > 50,2-Hz-Problematik in Deutschland Normierung in der Niederspannung ntwurf Systemstabilitätsverordnung > Leistungsabregelung der rzeugungsanlagen Techn. inrichtungen nach 6 G G-inspeisemanagement Systemsicherheitsmanagement nach nwg > Ausblick Technologiefortschritt Intelligente Netzstation Regelbarer Ortsnetztransformator Batteriespeicher Smart Grids als Chance? > Fazit LW Verteilnetz GmbH Seite 2

3 Das Stromnetz LW Verteilnetz GmbH Wesentliche Kennziffern > Hochspannung (110 kv) Freileitung km Umspannanlagen 120 > Mittelspannung (20 kv) Freileitung km Kabel km Ortsnetzstationen > Niederspannung (0,4 kv) Freileitung km Kabel km 380-kV-Leitung 220-kV-Leitung 110-kV-Leitung 380-kV-, 220-kV-, 110-kV-Umspannwerke > Dezentrale rzeugeranlagen G-Anlagen ~ KWK-Anlagen ~ 350 km-angaben als Stromkreislänge gerundet! LW Verteilnetz GmbH Seite 3

4 inleitung, Kennzahlen und Prognose 2021 Die Höhe der Globalstrahlung bestimmt die Wirtschaftlichkeit und somit den Zubau der Photovoltaikanlagen in den Bundesländern Globalstrahlung in Deutschland LW Verteilnetz GmbH Seite 4

5 inleitung, Kennzahlen und Prognose 2021 Neuanmeldungen von dezentralen G-Anlagen Übersicht Neuanmeldungen dezentraler inspeiseanlagen Anmeldungseingang LW Verteilnetz GmbH Seite 5

6 inleitung, Kennzahlen und Prognose 2021 rneuerbare nergien in der Region: LW schließen mehr als Anlagen an Anzahl der G-inzelanlagen am Netz der LW Verteilnetz GmbH Anlagenanzahl Prognose 2011 Jahr LW Verteilnetz GmbH Seite 6

7 inleitung, Kennzahlen und Prognose 2021 Die Leistung wird sich im Netzgebiet der LW Verteilnetz GmbH in 10 Jahren nahezu verdreifachen Ableitung des G-Anlagen-Leistungs-Zubaus bei der LW Verteilnetz GmbH nach dem Bay. nergiekonzept MW Windkraft Wasserkraft Biomasse/-gas Photovoltaik Geothermie Leistung Leistung Leistung Bei der Wasserkraft wurden bei den Ist-Werten nur die G-geförderten Anlagen zugrundegelegt. LW Verteilnetz GmbH Seite 7

8 Spannungshaltung Beispiel der Lastflussumkehr an einer Ortsnetzstation LW Verteilnetz GmbH Seite 8

9 Spannungshaltung statische Spannungsänderung Theoretische Aufteilung des Spannungsbandes Ausspeisung inspeisung 110% Obere Grenze Spannungsregelung des UW-Trafos 20 % Gesamtspannungsband 5% durch MS/NS-Ausspeisung im MS-Netz 5% durch NS-Ausspeisung im NS-Netz 3 bzw. 4% durch NS-inspeisung, im NS-Netz x% durch NS-inspeisung und 2% durch MS-inspeisung im MS-Netz 100% (20kV bzw. 230/400V) 3% dynamisch 90% Untere Grenze Überschneidungen Annahmen: - Ortsnetztransformatoren instellung Stufe 2 entspricht /400 V - NS-in- bzw. Ausspeisung beinhaltet die MS/NS-bene LW Verteilnetz GmbH Seite 9

10 Spannungshaltung Wegen der zusätzlichen Spannungsanhebung ist eine unsymmetrischer inspeisung zu vermeiden Durch einphasige, bzw. asymmetrische rzeugungsanlagen wird die Spannung zusätzlich beeinflusst: Beispiel aus der Praxis: Anschluss einer PV-Anlage mit Netzverknüpfungspunkt nach 380 m NS-Freileitung; S K = 720 kva G inspeiseleistungen L1: 9,2 kw L2: 4,6 kw L3: 4,6 kw Berechnung der statischen Spannungsänderung bei vorhandener asymmetrischer inspeisung L1: 4,8 % L2: 1,5 % L3: 1,5 % bei symmetrischer inspeisung würde sich ergeben L1: 2,0 % L2: 2,0 % L3: 2,0 % Spannungsmessung am Netzverknüpfungspunkt LW Verteilnetz GmbH Seite 10

11 Spannungshaltung Ab 13,8 kva wird eine generelle symmetrische Drehstromeinspeisung durch die VD-AR 4105 vorgegeben Anschlusskriterien Leistungsbereich Phasenaufteilung anlagenseitige Maßnahmen 3 x 4,6 kva Grundsätzlich symmetrisch, allerdings inzelphaseneinspeisung mit max. 4,6 kva je Außenleiter möglich > 13,8 kva Symmetrischer Anschluss für inheiten, welche 13,8 kva überschreiten. Drehstromwechselrichter Kommunikative Kopplung der rzeugungseinheiten > keine inspeisung von 110 % nach bisheriger VDW-Regel mehr möglich LW Verteilnetz GmbH Seite 11

12 Spannungshaltung Die statische Spannungshaltung wird durch die Regelung von Blindleistung unterstützt Blindleistung > rzeugungsanlagen S max 3,68 kva (16 A) Cos = 0,95 untererregt bis 0,95 übererregt nach DIN N mpfehlung: untererregt nach Kennlinie > rzeugungsanlagen 3,68 kva < S max 13,8 kva Cos = 0,95 untererregt bis 0,95 übererregt nach Kennlinie > rzeugungsanlagen S max > 13,8 kva Cos = 0,90 untererregt bis 0,90 übererregt nach Kennlinie cos 0,9/0,95 1,0 0,9/0,95 übererregt untererregt 0,2 0,5 1,0 P/P max > Bei rzeugungsanlagen mit direkter Netzkopplung z. b. BHKW s feste Cos -instellung, ohne Kennlinie LW Verteilnetz GmbH Seite 12

13 Spannungshaltung Die Blindleistung birgt je nach Netzkonstellation unterschiedliche Optimierungspotentiale Berechnungsgrundlage: U ( ) 3 ( IW RL T IB X L T ) Je niedriger das Verhältnis R/X um so höher ist der influss der Blindleistung im Verhältnis zur Wirkleistung bei der Spannungsänderung. Daraus ergibt sich, dass direkt am Transformator oder bei einer blanken Freileitung eine große Beeinflussung der Spannungsänderung durch die Blindleistung möglich ist. LW Verteilnetz GmbH Seite 13

14 Usek Uprim Spannungshaltung inige techn. Herausforderungen lassen sich auch mit Optimierungsmaßnahmen lösen Wirkstrombeeinflussung Optimierung der Spannungsregelung (Mittelspannung) in den Umspannwerken > Tauschprogramm für Spannungsregler zur Optimierung der Spannungsregelung in Umspannwerken auch bei Rückspeisung Isek Sollwert zul. Regelabweichung Toleranzen UW HS MS U-Regler +10% Optimierung -10% U NS HAK inspeisung P P Q Last Länge > Um das Spannungsband (+/- 10%) weitestgehend auszunutzen werden die Sollwerteinstellungen (bisher Standardeinstellung 102%) priorisiert und umspannbezirksscharf berechnet und neu eingestellt (Ziel: Sollwertabsenkung). benfalls werden in diesem Zusammenhang auch die Reglerkennlinien für die stromabhängige Spannungsregelung bedarfsgerecht optimiert. LW Verteilnetz GmbH Seite 14

15 50,2-Hz-Problematik Durch die stufenlose Abregelung der Wirkleistung bei Überfrequenz wird eine sprunghafte Leistungsreduzierung vermieden Wirkleistungsabsenkung bei Überfrequenz > regelbaren rzeugungsanlagen Wirkleistungsabsenkung zwischen 50,2 bis 51,5 Hz mit einem Gradienten, 40 % von P Momentan je Hertz infrierung der Wirkleistung bei einer Frequenzreduzierung zwischen 51,5 und 50,2 Hz Wirkleistungszunahme ab einer Frequenz von 50,2 Hz mit einem Gradienten 10 % der max. Wirkleistung pro Min. f Netz P 50,2 Hz > nicht regelbaren rzeugungsanlagen Herstellerverteilte Abschaltung gleichmäßig zwischen 50,2 u. 51,5 Hz f Netz P = 40 % P M pro Hz P LW Verteilnetz GmbH Seite 15

16 50,2-Hz-Problematik Der ntwurf der Systemstabilitäts-VO sieht mehrere Nachrüstvarianten nach Wechselrichtermöglichkeiten vor 1.) rfüllung der VD AR-N 4105: rzeugungsanlagen am NS-Netz Kapitel und ) rfüllung der BDW-RL rzeugungsanlagen am MS-Netz Kapitel und Bild , sowie Kapitel in der Fassung von Juni a.) Falls Frequenzeinstellung von weniger als 0,1 Hz nicht möglich: instellwert 50,30 Hz; 50,40 Hz; 50,50 Hz; 50,60 Hz, 50,70 Hz; 50,80 Hz; 50,90 Hz und 51,00 Hz 3b.) Falls Frequenzeinstellung von weniger als 0,1 Hz möglich: instellwert 50,25 Hz; 50,35 Hz; 50,45 Hz; 50,55 Hz; 50,65 Hz; 50,75 Hz; 50,85 und 50,95 Hz Der Netzbetreiber gibt den jeweiligen Frequenzwert vor 4.) Wechselrichter von Anlagen, die auch bei einer Nachrüstung nach Absatz 3 ausgetauscht werden müssten, müssen die Anforderungen der Absätze 1 bis 3 nicht erfüllen. LW Verteilnetz GmbH Seite 16

17 Leistungsabregelung von rzeugungsanlagen Die Vorgaben durch 6 G 2012 sind vielseitig Anlagentyp Umsetzungsaufgaben techn. Schnittstelle Nachrüstpflicht bei Bestandsanlagen 66 zum Netzbetreiber für Frist Alle Anlagen > 100 kw Leistungsreduzierung inkl. Alle ja inkl. PV und KWK-Anlagen Istwertübertragung PV-Anlagen PV-Anlagen > 30 kw und PV-Anlagen Leistungsreduzierung ja 100 kw ab Leistungsreduzierung ja keine keine PV-Anlagen 30 kw alternativ: dauerhafte Leistungsbegrenzung auf 70 % Mehrere PV-Anlagen auf einem Grundstück oder in unmittelbarer Nähe und innerhalb 12 Monaten zählen unabhängig von den igentumsverhältnissen für die rmittlung der installierten Leistung zusammen. nein keine Keine LW Verteilnetz GmbH Seite 17

18 Leistungsabregelung von rzeugungsanlagen Möglichkeiten zur Leistungsbegrenzung von G-Anlagen (3) Fernwirkanbindung für > und <100 kw Steuerung: (durch System) PSI-Leitstelle TCP IP Gateway IC inspeisemanagement GIS > inzelanlage > ONS > 20-kV-Abgang > UW Bezirk > Global Knoten 1 IC IP-Switch SV CU 73B CC73A SV CU 73B CC73A IP-Switch SDTS Knoten 127 Meldung: > Messwerte IP-Netz SDTS-Interface TTRA-VSt TTRA-Netz LW LW Verteilnetz GmbH Seite 18

19 Leistungsabregelung von rzeugungsanlagen Die LW Verteilnetz GmbH bietet > 100 kw eine Kleinstfernsteuerung mit Anbindung über ein GPRS-Modem an. Technische inrichtung größer 100 kw: > Die Kleinstfernsteuerung wird über ein GPRS Modem an die Leitstelle in Augsburg angebunden. > Analoge ingänge, 0 20mA für Wirkleistung oder Alternative: Digitale ingänge für Zählerimpulse > 4 Digitale Ausgänge zur Leistungsreduzierung 0% (Aus), 30 %, 60 %, 100 % LW Verteilnetz GmbH Seite 19

20 Leistungsabregelung von rzeugungsanlagen Die LW-Netzleitstelle kann auf jede einzelne G- Anlage >100 kw zugreifen und nur bei absoluter Notwendigkeit regeln Netz: UW 1 110/20kV Datenkommunikation Netzleitstelle LW: UW 2 110/20kV Datenkommunikation LW Verteilnetz GmbH Seite 20

21 Leistungsabregelung von rzeugungsanlagen Systemsicherheitsmanagement nach 14 nwg ist unumgänglich für den sicheren Betrieb der Netze Veränderter Schaltzustand: z. B. bei Wartungsarbeiten oder Störung UW 110/20kV 100% 200% inspeiseleistung ½ 20kV ½ ½ ½ 20kV ½ ½ 50% 100% inspeiseleistung > Ohne Regelungsmöglichkeiten werden die Netze bei Netzumschaltungen überlastet bzw. die Netzverträglichkeitspegel überschritten. Deshalb ist es zwingend erforderlich, dass die Leistung der rzeugungsanlagen reduziert werden kann. > Um die Versorgungssicherheit zu gewährleisten, muss diese Reduzierung der inspeiseleistung innerhalb weniger Minuten möglich sein. LW Verteilnetz GmbH Seite 21

22 Leistungsabregelung von rzeugungsanlagen Vertragsbeziehungen und Meldewege der beteiligten Netzbetreiber beim Netzsicherheitsmanagement Legende: Nachweis- und Informationspflicht Anweisung zur Leistungsreduzierung ntschädigungsanspruch nach G Grund der Leistungsreduzierung VNB 2a ÜNB VNB 1 VNB 2b > Jeder Netzbetreiber kann einen Netzengpass nach 11 G ausweisen. > Dabei muss der Netzbetreiber mit Netzengpass die Anweisung zur Leistungsreduzierung diskriminierungsfrei an die betreffenden Beteiligten anstoßen. Die beteiligten Netzbetreiber sind nach 14 nwg zur Unterstützung verpflichtet. > Die Betreiber aller Netzebenen sind für die rfüllung der Informations- und Nachweispflichten verantwortlich. > Der Netzbetreiber, in dessen Netz die Ursache der Regelung liegt, trägt die Kosten der ntschädigung. r haftet gesamtschuldnerisch mit dem Netzbetreiber an dessen Netz die Anlage angeschlossen ist. AB a AB b LW Verteilnetz GmbH Seite 22

23 Ausblick Technologiefortschritt Intelligente Netzstation ist für den insatz vorbereitet Automatisierte Netzstation mit folgenden Funktionalitäten im Vollausbau: > Aufnahme und Übertragung von Messwerten (Spannung, Strom, Leistung) > Kurzschlussanzeiger > rdschlussanzeige > rdschlussrichtung > Fernsteuerbarer Lastschalter Übertragung und Anbindung zur Netzleitstelle > Funk-Kleinfernsteuerung Geplantes erstes Projekt > rsatz der Verteilerstation Krottenhill LW Verteilnetz GmbH Seite 23

24 Ausblick Technologiefortschritt Derzeit werden spannungsgeregelte Ortsnetztrafos in einigen Pilotprojekten getestet spannungsgeregelter Ortsnetztransformator 0,4kV 253V 230V 0m 200m 400m LW Verteilnetz GmbH Seite 24

25 Ausblick Technologiefortschritt Die Photovotaikanlage der Zukunft könnte über den igenbedarf hinaus nergie speichern Batterie = ~ Z1 Z2 HAK LW Verteilnetz GmbH Seite 25

26 Ausblick Technologiefortschritt Die rechtzeitige Integration von neuen, intelligenten Techniken bleibt eine Herausforderung Umsetzungsszenario: Netzausbau Cos /P-Regelung Transparenz im Netz Smart Grids Zubau -Anlagen 400% inspeiseleistung 100% 0% -5 heute Zeit LW Verteilnetz GmbH Seite 26

27 Fazit > Der Zubaus von rneuerbaren nergien hat im Netzgebiet der LW Verteilnetz GmbH in den vergangenen Jahre massiv an fahrt gewonnen. > Neben dem Netzausbau können intelligente Lösungen teilweise genutzt werden. Die intelligenten Lösungen finden auch zunehmend in den normativen und gesetzlichen Vorgaben Berücksichtigung. > Um die Herausforderungen der nergiewende lösen zu können, ist die Weiterentwicklung von Technologien z. B. Speicher, smart Grids notwendig. > Neben der Beteiligung der Netzbetreiber, nergieversorger und Technologiehersteller ist auch das Mitwirken der Anlagenbetreiber, Stromkunden und weiterer Bürger notwendig. LW Verteilnetz GmbH Seite 27