morepv2grid: Spannungsregelung mittels PV-Wechselrichter Ergebnisse aus einem Feldtest

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1 morepv2grid: Spannungsregelung mittels PV-Wechselrichter Ergebnisse aus einem Feldtest Christoph Winter Fronius International GmbH Sparte Solarelektronik Froniusplatz Wels

2 Inhalt / Projektübersicht morepv2grid / Was ein PV-Wechselrichter kann / Problem und Problemlösungsbeitrag durch PV-Wechselrichter / Regelung von Wirk- und Blindleistung: lokal autonom / Bestätigung von Funktionalität und Wirksamkeit: Simulation, Labortest, Feldtest / Schlussfolgerungen / Handlungsempfehlungen und Ausblick 2 Fronius International GmbH / Christoph Winter / morepv2grid / EnInnov v01

3 Projektübersicht: morepv2grid Struktur Konzept Ergebnisse Verwertung Lorem / Kooperatives ipsum dolor Forschungs- sit amet, consec und Demonstrationsprojekt tetuer adipiscing elit. Aenean commodo ligula eget dolor. / Konsortium aus Industrie, Forschung und Netzbetrieb Aenean massa. Cum sociis natoque / Forschungsförderung pena tibus et magnis durch dis Klima- parturient und Energiefonds montes, nascetur ridiculus mus. Donec / Gesamtbudget: quam felis, 0,5 ultricies Mio Euro nec, pellentesque eu, pretium quis, / Laufzeit: sem Lorem Intelligente ipsum Wechselrichter dolor sit amet, consec unterstützen tetuer aktiv adipiscing die elit. Aenean Spannungshaltung commodo ligula im eget dolor. elektrischen Netz / durch optimierte, lokale Aenean massa. Cum sociis Regelung von Wirk- und natoque pena tibus et magnis Blindleistung dis parturient montes, nascetur / und ohne ridiculus übergeordnete mus. Donec Kommunikationstechnik. quam felis, ultricies nec, pellentesque eu, pretium quis, sem. Erprobung Lorem ipsum der dolor Konzepte sit amet, mittels consec Versuchsreihen tetuer adipiscing elit. / Aenean in einem commodo realen Netzgebiet ligula eget dolor. / mit regelbaren Fronius Wechselrichtern Aenean massa. Cum sociis Mit natoque Blindleistungsregelung pena tibus et magnis kann dis parturient die mögliche montes, Einspeiseleistung nascetur um ridiculus 20 bis mus. 80 % erhöht Donec werden. quam felis, ultricies Mit nec, Wirkleistungsoptimierung pellentesque eu, pretium ist quis, noch sem. viel mehr möglich. / Deutliche Lorem ipsum Erhöhung dolor sit der amet, netzverträglichen consec tetuer adipiscing Dichte an PV-Anlagen ligula eget dolor. / Optimierung Aenean massa. von Cum sociis Regelungsstrategien natoque pena tibus et gemeinsam magnis dis parturient mit Netzbetrieb / Smart-Grid-Funktionalitäten Donec quam felis, ultricies auch nec, pellentesque ohne Kommunikation eu, wirksam pretium quis, realisierbar sem. 3 Fronius International GmbH / Christoph Winter / morepv2grid / EnInnov v01

4 Was ein PV-Wechselrichter kann: Betriebsbereiche (1) P dc [kw] P ac [kw] Q [kvar] P dc MPP cosφ Grenze z.b. 0,85 ind. P ac cosφ Grenze z.b. 0,85 kap. U dc Q 4 Fronius International GmbH / Christoph Winter / morepv2grid / EnInnov v01

5 Was ein PV-Wechselrichter kann: Betriebsbereiche (2) P dc [kw] P ac [kw] Q [kvar] P dc MPP P ac Q max U dc Q 5 Fronius International GmbH / Christoph Winter / morepv2grid / EnInnov v01

6 Was ein PV-Wechselrichter kann: Betriebsbereiche (3) P dc [kw] P ac [kw] Q [kvar] P dc MPP P ac U dc Q 6 Fronius International GmbH / Christoph Winter / morepv2grid / EnInnov v01

7 Was ein PV-Wechselrichter kann: Wirkleistung (1) P dc [kw] P ac [kw] Q [kvar] P dc MPP cosφ Grenze z.b. 0,85 ind. P ac cosφ Grenze z.b. 0,85 kap. U dc Q 7 Fronius International GmbH / Christoph Winter / morepv2grid / EnInnov v01

8 Was ein PV-Wechselrichter kann: Wirkleistung (2) P dc [kw] P ac [kw] Q [kvar] P dc MPP cosφ Grenze z.b. 0,85 ind. P ac cosφ Grenze z.b. 0,85 kap. U dc Q 8 Fronius International GmbH / Christoph Winter / morepv2grid / EnInnov v01

9 Was ein PV-Wechselrichter kann: Blindleistung (1) P dc [kw] P ac [kw] Q [kvar] P dc MPP cosφ Grenze z.b. 0,85 ind. P ac cosφ Grenze z.b. 0,85 kap. U dc Q 9 Fronius International GmbH / Christoph Winter / morepv2grid / EnInnov v01

10 Was ein PV-Wechselrichter kann: Blindleistung (2) P dc [kw] P ac [kw] Q [kvar] P dc P dc,mpp,stc S nenn P ac cosφ Grenze z.b. 0,85 kap. U dc Q max Q 10 Fronius International GmbH / Christoph Winter / morepv2grid / EnInnov v01

11 Was ein PV-Wechselrichter kann: Blindleistung (3) P dc [kw] P ac [kw] Q [kvar] P dc P dc,mpp,stc < S nenn P ac cosφ Grenze z.b. 0,85 kap. U dc Q max Q 11 Fronius International GmbH / Christoph Winter / morepv2grid / EnInnov v01

12 Voltage( p.u.) PV( 18) Tr af o_0437 Ext er nes Net z 1_TST- 0437_86 086_Last 267_Last 267_Last 1 2 2_K2_ _Last 2_K1_ _267_K2 178_Last 2_TST- 0437_K1 2_K1_178 2_K2_275 2_K4_282 2_276_K4 2_275_ _Last 275_Last 1 275_Last 2 276_Last 2_K4_ _Last 3_270_281 3_268_270 3_278_268 3_TST- 0437_ _Last 268_Last 1268_Last 2 270_Last 281a_Last281_Last 4_K5_303 4_265_K5 4_TST- 0437_ _Last 265_Last PV( 19) 238_Last 237_Last 5_238_2375_221_238 5_100_2215_85_100 5_TST- 0437_85 085_Last 085_Last _Last 221_Last 083_Last 1 5_84_83 5_M 1_84 5_221_M 1 084_Last 083_Last 2 5_M 1_82 5_M 2_81 5_82_M 2 082_Last 1 082_Last 2 081_Last 5_M 2_M 3 5_M 3_201 6_M 201_99 099_Last 201_Last 1 201_Last 2 6_M 201_212 6_98_M 201 6_TST- 0437_98 098_Last 212_Last 212_Last 1 2 6_98_M 208 6_M 208_95 095_Last PV( 6) 6_M 208_97 097_Last 248_Last 191_Last 191_Last 1 2 6_191_96 6_248_191 6_87_248 6_94_87 6_M 208_94 087_Last 1 193_Last 1 6_87_88 6_M 210_89 6_88_M 210 6_89_ _Last 2 088_Last 089_Last 193_Last 2 6_89_K6 6_K6_Kir che PV( 2) 6_K6_90 090_Last PV DI gsi LENT Problem: Spannungshaltung im Niederspannungsnetz Voltage drop diagram for Over-Voltage critical node _090 Sun 13:16: PV L Quelle: AIT/morePV2grid Distance (m) Photovoltaic Phase 1 Photovoltaic Phase 2 Photovoltaic Phase 3 PV L1 PV L2 PV L3 Quelle: AIT/morePV2grid morepv2grid Projekt: AIT - Aust rian Inst it ut e of Technology Graf ik: 0437 Dat um: PowerFact ory Anhang 12 Fronius International GmbH / Christoph Winter / morepv2grid / EnInnov v01

13 Problemlösungsbeitrag durch PV-Wechselrichter / Zieldefinition / Erhöhung der integrierbaren PV-Anlagendichte in Niederspannungsnetzen / Maßnahmen / Einsatz von Wirk- und Blindleistungsregelung zur Unterstützung der Spannungshaltung / Randbedingungen / Lokale Autonomie (keine Kommunikationsinfrastruktur) / Gewährleistung der Stabilität / Vorrangig Blindleistungsaustausch mit einem Leistungsfaktor von minimal 0,85 / Nachrangig Begrenzung der Wirkleistung / Bedarfsorientierte Aktivierung (Minimierung von Blindarbeit, Netzverlusten und Ertragseinbußen) / Schutzfunktionen bleiben unberührt 13 Fronius International GmbH / Christoph Winter / morepv2grid / EnInnov v01

14 Regelung von Wirk- und Blindleistung: lokal autonom / Beispiele für Regelungsmechanismen Q(U) / cos(φ) = konstant / cos(φ) = f(p) 0,9 1,0 U/U N 1,1 1,2 U/U N / Q = f(u) / Kombinationen Q = f(u) & P = f(u) ΔP(U) 14 Fronius International GmbH / Christoph Winter / morepv2grid / EnInnov v01

15 Analyseschritte: Simulation, Labortest, Feldtest Quelle: AIT/morePV2grid KK2 Quelle: Energie AG/morePV2grid PV1 2,38 kw KK1 PV5 3,06 kw KK3 PV4 1,7 kw PV3 5,13 kw PV2 3,06 kw Quelle: AIT/morePV2grid Stranglänge: ca. 850 m 15 Fronius International GmbH / Christoph Winter / morepv2grid / EnInnov v01

16 Bestätigung der Wirksamkeit: Beispiel P&Q(U)-Regelung 0,75 Prozentpunkte Reduktion der max. Spannungsanhebung zwischen den beiden Messpunkten Reduktion der max. Spannungsanhebung im betrachteten Strang von 4,9 % ohne Regelung um 2,25 Prozentpunkte auf 2,65 % mittels P&Q(U) 2/3 des Effekts durch Blindleistungregelung Q(U) 1/3 des Effekts durch Wirkleistungsreduktion P(U) Quelle: AIT/morePV2grid min. cosφ=0,85 16 Fronius International GmbH / Christoph Winter / morepv2grid / EnInnov v01

17 Effekt der spannungsabh. Wirkleistungsreduktion P(U) min RMS s RMS P/P stc :00-16:00 Änderungsgeschwindigkeit der Wirkleistung: 10 %/s (bezogen auf P nenn ) Stufenlose Regelung Punktuelle Eingriffe Nicht eingespeiste Energie gering (hier ca. 2,5 % innerhalb von 2 kritischen Stunden) 0.3 Limitierung der Spannungsanhebung Quelle: AIT/morePV2grid :00:00 14:30:00 15:00:00 15:30:00 16:00:00 hour of day ID 1 ID 2 ID 3 ID 5 Irradiation ID 3- Highres 17 Fronius International GmbH / Christoph Winter / morepv2grid / EnInnov v01

18 Schlussfolgerungen / Funktionalität gegeben, Randbedingungen erfüllt / Lokal autonome Unterstützung der Spannungshaltung durch PV-Wechselrichter / Stabilität netzparalleler Anlagen in einem weiten Bereich sinnvoller Einstellmöglichkeiten / Vorrangig Blindleistungsaustausch, nachrangig Begrenzung der Wirkleistung / Bedarfsorientierte Aktivierung / Schutzfunktionen bleiben unberührt / Wirksamkeit Q-Regelung / Spannungsanhebung zwischen 20 % und 80 % technisch sinnvoll kompensierbar / Anlagenbetreiber: Dimensionierung auf Scheinleistung / Wirksamkeit P-Regelung / Einspeisebedingtes Überschreiten eines definierten Spannungswertes ausgeschlossen / Anlagenbetreiber: Anschlusszusage mit Ertragsverlust 18 Fronius International GmbH / Christoph Winter / morepv2grid / EnInnov v01

19 Handlungsempfehlungen und Ausblick / Einsatz der lokalen Regelungsvarianten zu empfehlen / Lokale Q-Regelungen bereits in den Regelwerken; lokale P-Regelungen unstandardisiert / Smart Grid auch ohne Kommunikation praxistauglich, jedenfalls als Rückfallebene / Mit Fernsteuerung weitere Optimierung möglich (vgl. Projekt DG DemoNet Smart LV Grid) / Organisatorische Herausforderungen / Berücksichtigung des Spannungsbandgewinns bei Netzplanung und Anschlussbeurteilung / Einfache Handhabung durch Vereinbarung standardmäßiger Einstellungen / Rechtlich-regulatorische Deckung einer Anschlusszusage mit Ertragsverlust / Weiterer Untersuchungsbedarf / Analyse der Vor- und Nachteile unterschiedlicher Q-Regelungen, z.b. Q(U) versus cosφ(p) / 19 Fronius International GmbH / Christoph Winter / morepv2grid / EnInnov v01

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