Verteilte Einspeisungen in Niederspannungsnetze

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1 Verteilte Einspeisungen in Niederspannungsnetze Jahresbericht 2016

2 Finanzierung: AEW Energie AG, 5000 Aarau Bundesamt für Energie BFE, 3003 Bern BKW Energie AG, 3013 Bern Industrielle Werke Basel, 4058 Basel Centralschweizerische Kraftwerke AG, 6003 Luzern Elektrizitätswerke des Kantons Zürich (EKZ), 8002 Zürich Elektrizitätswerk der Stadt Zürich, 8050 Zürich Regionale Werke, vertreten durch Onyx Energie Mittelland, 4900 Langenthal Romande Energie SA, 1110 Morges 1 Groupe e sa, 1700 Fribourg Dachverband Schweizer Verteilnetzbetreiber DSV, 5001 Aarau Energie Wasser Bern, 3001 Bern Stadtwerk Winterthur, 8404 Winterthur WWZ Netze AG, 6300 Zug Auftragnehmer Konsortium VEiN c/o thv AG Kaiserstrasse Rheinfelden 2/19 O:\ VEiN Projektleitung\Berichte\Jahresberichte\JaBe 2016\.docx

3 - 3 INHALTSVERZEICHNIS 1 Zusammenfassung der VEiN Aktivitäten Tests und Netzelemente Test mit geschlossenem NS-Ring Einsatz eines Längsreglers Elektrische Speicher Regulierender Trafo Diplomarbeit auf der Plattform VEiN Aktivitäten der BFH für VEiN Überarbeitung der PQ-Auswertung VEiN Korrelation zwischen Flicker und PVA Unterstützung bei der Integration eines Längsreglers Netzimpedanzmessungen während den Tests Auswertung der PQ-Messungen Ausblick

4 Zusammenfassung der VEiN Aktivitäten ZUSAMMENFASSUNG DER VEIN AKTIVITÄTEN 2016 Im Jahre 2016 und anfangs 2017 wurde der Betrieb mit den dezentralen Einspeiseanlagen (DEA) weitergeführt und teilweise erweitert. Folgende Aktivitäten wurden durchgeführt: - Beim Test mit dem geschlossenen Ring von Niederspannungsleitungen (NS-Ring) und der Einspeisung sämtlicher am NS-Ring verfügbaren DEA konnten sämtliche Anlagen von VEiN miteinbezogen werden. Dadurch konnte in VEiN eine für das Projekt neue Netzsituation getestet werden. - Als zusätzliches Netzelement für die Spannungsregelung konnte während drei Monaten ein Längsregler im VEiN-Netz eingesetzt werden. Mit dem Längsregler konnten im Projekt VEiN neue Erfahrungen bezüglich der Spannungsregelung gesammelt werden. - Die während längerer Zeit eingeschränkt oder nicht verfügbaren elektrischen Speicher wurden reaktiviert und arbeiten nun wieder im Dauerbetrieb, so dass die Speicherbewirtschaftung aus der Sicht der Verteilnetzbetreiber weiter optimiert werden kann. - Ein regulierender Trafo wurde evaluiert und anfangs 2017 in Betrieb genommen. Mit diesem in VEiN neu verfügbaren Netzelement werden im Jahre 2017 weitere umfangreiche Tests mit Einbezug sämtlicher in VEiN verfügbaren Anlagen durchgeführt. Die DEA umfassen aktuell fünf PV-Anlagen mit einer installierten Leistung von 145 kw, drei elektrische Speicher mit einer installierten Leistung von 68 kw und einer Speicherkapazität von 45 kwh sowie einer mobilen Einspeiseeinheit über Frequenzumformer (FU) mit einer maximalen Leistung von 90 kw. Die beiden Blockheizkraftwerke (BHKW) im VEiN-Netz werden nicht mehr im Dauerbetrieb genutzt, stehen mit ihrer gesamten Leistung von 138 kwel für Tests aber weiterhin zur Verfügung. Das VEiN-Netz mit den DEA und dem Leitsystem wurde im Jahre 2016 zudem für eine Diplomarbeit von Studenten der ABB Technikerschule in Baden genutzt. Das Thema der Diplomarbeit war die Spannungsregelung im NS-Netz mittels schaltbaren DEA. Die Aktivitäten im VEiN-Netz und die Auswertung der Messungen wurden wie in den Vorjahren von der Berner Fachhochschule (BFH) in Biel mit zusätzlichen Messungen und deren Auswertungen unterstützt. Die Auswertung der umfangreichen Daten der Power-Quality-Messungen (PQ-Daten) die während der Projektdauer von VEiN gemessen und archiviert wurden, können nun mit der von der BFH Biel entwickelten Auswertesoftware PQoverview zielgerichtet ausgewertet werden. Für den einwandfreien Betrieb des NS-Netzes und der Anlagen erbrachte das Regionalcenter Rheinfelden der AEW Energie AG wie gewohnt eine gute und engagierte Arbeitsleistung. Die Produktionswerte und Verläufe der DEA in VEiN sind für die Jahre 2011 bis 2016 auf der VEiN-Homepage unter Produktion ersichtlich.

5 Tests und Netzelemente TESTS UND NETZELEMENTE 2.1 Test mit geschlossenem NS-Ring Der Test mit geschlossenem NS-Ring wurde vom 2. bis 27. Mai 2016 durchgeführt. Dabei wurde eine provisorische Kabelverbindung zwischen der Kabelkabine KK Parkweg und der KK Roberstenstrasse entsprechend Abbildung 1 erstellt. Der NS-Ring konnte je nach Bedarf in der KK Roberstenstrasse geöffnet und geschlossen werden. Bei einem Betrieb mit geschlossenem Ring mussten die beiden Sammelschienen in der Trafostation TS Kreuzmatt verbunden sein, da die beiden während dem Test zusammengeschalteten NS-Stränge nicht ab der selben Sammelschiene versorgt werden. Während dem Test mit geschlossenem NS-Ring wurde auch die Trafoleistung variiert, d.h. es erfolgte Betrieb mit einem und mit beiden 630 kva Trafos in der TS Kreuzmatt. Abbildung 1: Übersicht NS-Netz mit provisorischem Kabel für den NS-Ring Während des Tests erfolgten Einspeisungen in den NS-Ring und die daran angeschlossenen NS-Stränge ab der PV-Anlagen Kurzentrum, ab der PV-Anlage auf dem Dach des Mehrfamilienhauses der Wohnbaugenossen Zähringer (WBGZ), ab dem BHKW Schulhaus Robersten sowie ab dem mobilen FU, der an die KK Fryma angeschlossen war. Die Einspeisungen erfolgten bei den PV-Anlagen entsprechend der Sonneneinstrahlung und beim BHKW sowie dem mobilen FU nach vorgegebenem Programm. Die entsprechenden Wirkleistungseinspeisungen über die vier Testwochen sind aus Abbildung 2 und Abbildung 3 ersichtlich.

6 Tests und Netzelemente - 6 BHKW Schulhaus Robersten Mobiler FU PVA Parkhaus PVA WBGZ Vermaschung geschlossen und Trafo parallel Vermaschung geschlossen mit 1 Trafo KK Parkweg KK Roberstenstrasse Abbildung 2: NS-Ring Wirkleistungseinspeisungen vom 2. bis 15. Mai 2016 BHKW Schulhaus Robersten Mobiler FU PVA Parkhaus PVA WBGZ KK Parkweg KK Roberstenstrasse Vermaschung geschlossen mit 1 Trafo Vermaschung geöffnet mit 1 Trafo Vermaschung geschlossen mit 1 Trafo Vermaschung geöffnet und Trafo parallel Vermaschung geschlossen und Trafo parallel Abbildung 3: NS-Ring Wirkleistungseinspeisungen vom 16. bis 29. Mai 2016 Die Analyse der Lastflüsse zeigt, wie zu erwarten war, dass sich bei geschlossenem NS-Ring die Stromflüsse besser aufteilen. So erfolgt abhängig von der Höhe der Einspeisungen der beiden PV-Anlagen, resp. dem BHKW und dem mobilen FU ein Wirkleistungsfluss von der KK Roberstenstrasse zur KK Parkweg, resp. umgekehrt.

7 Tests und Netzelemente - 7 Die Netzimpedanz des geschlossenen Ringes ist im Vergleich zum offenen Ring im unteren Frequenzbereich bis 1500 Hz resp Hz reduziert und im oberen Frequenzbereich tendenziell erhöht, siehe Abbildung 4. Abbildung 4: Netzimpedanzen Z(f) bei KK Roberstenstrasse und PVA Parkhaus (beachte die unterschiedlichen Skalen der Netzimpedanz; Quelle: BFH Biel) Bei Betrieb mit geschlossenem NS-Ring interessierte vor allem der allfällige Einfluss auf die Spannungsqualität im NS-Netz. Vorweg kann gesagt werden, dass auch während dieses Tests die Grenzwerte nach EN nie überschritten wurden. Bezüglich des Einflusses des geschlossenen NS-Ringes kann Folgendes ausgesagt werden: - Im Betrieb mit dem geschlossenen NS-Ring wird der Spannungsanstieg bei grosser dezentraler Einspeisung wie z.b. mit dem BHKW und dem mobilen FU, erkennbar reduziert, gegenüber dem Betrieb mit geöffnetem NS-Ring. - Mit dem geschlossenen NS-Ring wird eine geringe Reduktion des Oberschwingungsgehalts der Spannung THDu bewirkt. - Die Kurzzeitflicker Pst werden bei geschlossenem NS-Ring geringfügig reduziert. Der Betrieb mit zwei parallel geschalteten Trafos in der TS Kreuzmatt gegenüber dem Betrieb mit lediglich einem Trafo reduziert jedoch die Kurzzeitflicker stärker, als der Betrieb mit geschlossenem gegenüber offenem Ring. - Die Spannungsunsymmetrie verändert sich durch den Betreib mit geschlossenem NS-Ring nicht. Mit geschlossenem NS-Ring erfolgte eine ausgeglichene Leitungsauslastung im Ring des VEiN Netzes. Zur Verbesserung der Spannungsqualität konnte der Betrieb mit dem geschlossenen Ring im VEiN Netz nur wenig beitragen. Der Einfluss der Trafoimpedanz, d.h. ob nur 1 Trafo oder 2 Trafos parallel betrieben wurden, war bei den Kurzzeitflicker sogar bestimmender. 2.2 Einsatz eines Längsreglers Von Juli bis September 2016 konnte von ewz ein Längsregler LVRSys 175 kva von a-eberle gemietet und bei der KK Roberstenstrasse installiert werden. Mit dem Längsregler wurde die Spannung der Kabelkabine entsprechend Abbildung 5 geregelt. Auf die KK Roberstenstrasse sind die PV-Anlagen Parkhaus Kurzentrum und WBGZ sowie das Mehrfamilienhaus WBGZ angeschlossen.

8 Tests und Netzelemente - 8 KK Roberstenstrasse UMG605 U 3-ph. I 3-ph. PVA Kurzentrum PVA WBGZ nach KK Hermann- Keller-Str. Abbildung 5: Längsregler LVRSys 175 kva von a-eberle und elektrische Einbindung Die Parameter für die Spannungsregelung wurden auf 400 V 8 V und das Zeitverhalte entsprechend der Kurve 3 gemäss Datenblatt des Längsreglers eingestellt. Verlässt die Spannung das Toleranzband von 8 V der verketteten Spannung, d.h. 2 % der Nennspannung, so wird die Ausgangsspannung in Stufen von 1.5 % reduziert oder erhöht. Entsprechend dem Kurvenverlauf des gewählten Zeitverhalten wird bei einer Abweichung von z.b. 3 % ausserhalb des Spannungstoleranzbandes eine Spannungsschaltung nach einer Reaktionszeit von 5 Sekunden durchgeführt. Bei geringeren Spannungsabweichungen wird die Reaktionszeit länger und umgekehrt. Der Längsregler arbeitete während den drei Monaten im Dauerbetrieb für VEiN ohne Störung und konnte, soweit es von der Auslegung der Spannungsstufen von insgesamt 6 % möglich war, die Spannung innerhalb des Toleranzbandes halten Einfluss des Spannungsreglers Spannungsregelung aktiv Spannungsregelung inaktiv Abbildung 6: Spannungsverläufe bei der KK Roberstenstrasse mit und ohne Spannungsregelung des Längsreglers im Juli 2016

9 Tests und Netzelemente - 9 In der Zeit vom 15. bis 31. August 2016 wurde der Spannungsregler mit einem Test geprüft, bei dem zusätzlich zu den Einspeisungen der beiden PV-Anlagen auf der Ausgangsseite noch der mobile FU auf der Eingangsseite, d.h. bei der KK Hermann-Keller-Strasse einspeiste (Abbildung 7) und somit eingangsseitig des Längsreglers Spannungserhöhungen verursachte. Die bezüglich der Einspeisung extremste Situation während diesem Test erfolgte am 25. und 26. August Die entsprechenden Einspeiseleistungen sind aus Abbildung 8 ersichtlich. Abbildung 7: Testanordnung mit LVR und mobilem FU Einspeisung ab mobilem FU Einspeisung ab PVA Parkhaus Einspeisung ab PVA WBGZ Abbildung 8: Einspeisungen ab mobilem FU und beiden PVA am 25./ Auch bei den grossen Wirkleistungseinspeisungen vor und nach dem Längsregler entsprechend Abbildung 8 und den daraus resultierenden Spannungsschwankungen entsprechend Abbildung 9 bei der KK Hermann-Keller-Strasse (blaue Kurve), dem Einspeisepunkt des mobilen FU und bei der PVA Parkhaus (rote Kurve) kann der Längsregler die Spannung bei der KK Roberstenstrasse (orange Kurve) innerhalb dem parametrierten Spannungstoleranzband halten.

10 Tests und Netzelemente V 392 V Abbildung 9: Spannungsverläufe bei der KK Roberstenstrasse (orange) mit Spannungsregelung und bei den Einspeisungen mobiler FU, PVA Parkhaus sowie PVA WBGZ am 25. und 26. August 2016 Die Analyse des Flickerpegels während der Spannungsregelung mit dem Längsregler hat gezeigt, dass der Grenzwert nach wie vor eingehalten wird und keine Erhöhung der Kurzzeitflicker durch den Längsregler verursacht wird. Der Längsregler kann aufgrund der Erfahrungen und den Tests, die im VEiN Netz gemacht wurden, als zuverlässiges und nützliches Netzelement beurteilt werden, mit dem unzulässige Spannungsüber- oder -unterschreitungen ausgeregelt werden können. In einem NS-Netz wie dem VEiN-Netz ist der Einsatz eines Längsreglers nicht erforderlich. Bei sehr langen Anschlussleitung zur Aufschaltung einer DEA kann der Einsatz eines Längsreglers durchaus in Betracht gezogen werden. Dabei müssen jedoch die Kosten eines Längsreglers in Relation zu den Kosten für eine Leitungsverstärkung gesetzt werden, denn mit einer Leitungsverstärkung kann der Spannungsanstieg am Anschlusspunkt der DEA auch reduziert werden. Die Anschaffungskosten für einen Längsregler LVRSys 175 kva betragen ca. CHF 28'000.- exkl. MWSt. Abhängig vom bestehenden Trassee kann für diesen Betrag eine Leitungsverstärkung bis ca. 250 m realisiert werden.

11 Tests und Netzelemente Elektrische Speicher Der Betrieb der elektrischen Speicher von VEiN war in den letzten Jahren mit vielen Unterbrüchen und Ausfällen behaftet. So waren die Speicher auch im Jahr 2016 mehrheitlich ausser Betrieb. Im letzten Quartal 2016 wurde bei den beiden Speichern im Alters- und Pflegeheim (APH) von je 9 kw / 10 kwh ein Software-Update durchgeführt. Beim Speicher von 50 kw / 25 kwh im Mehrfamilienhaus WBGZ wurde der Controller zur Kommunikation und zur Ansteuerung des Speichers ausgewechselt. Diese beiden Massnahmen bewirkten, dass nun die drei Speicher von VEiN wieder in Betrieb sind. Die Speicher werden im Peak-Shaving Modus betrieben. Das Peak-Shaving der beiden Speicher im APH wirkt auf die Wirkleistung beim Anschlusspunkt in der TS Kreuzmatt ein. Der Speicher APH 2 weist zurzeit den Mangel auf, dass das Speichervermögen lediglich noch 3 kwh beträgt anstatt der installierten 10 kwh. Der Grund dafür und die möglichen Verbesserungsmassnahmen werden zurzeit mit dem Lieferanten BYD geklärt. Das Peak-Shaving des Speichers im Mehrfamilien WBGZ wirkt auf die gemessene Wirkleistung beim Trafo-seitigen Anschluss der KK Roberstenstrasse ein. Mit diesem Betriebsmodus kann ein Teil der Produktion der PV-Anlagen Parkhaus und WBGZ im Speicher eingelagert und abends für den Verbrauch im MFH WBGZ wieder zur Verfügung gestellt werden. Der gemessene Verlauf für das Laden, das Entladen und des Ladezustandes für einen sonnigen Tag mit grosser PV-Produktion ist aus Abbildung 10 ersichtlich und im Folgenden erläutert. Beträgt die Rücklieferung ab der KK Roberstenstrasse mehr als 15 kw, so erfolgt ein «Laden bei grosser Rücklieferung» bis der maximale Ladezustand des Speichers erreicht ist. Ist der Bezug in der KK Roberstenstrasse, der dem Verbrauch des MFH WBGZ entspricht, grösser als 25 kw, so erfolgt ein «Entladen für Verbrauch im MFH WBGZ» bis der minimale Ladezustand des Speichers erreicht ist. Befindet sich die Leistung bei der KK Roberstenstrasse für die Rücklieferung oder den Bezug zwischen diesen beiden Werten, so erfolgt eine schwache Ladung oder Entladung mit dem Zielwert von 60% der Ladekapazität des Speichers. Damit soll erreicht werden, dass bei Tagen mit geringer Rücklieferung, d.h. bei Tagen mit geringer Sonneneinstrahlung, ausreichend Energie für den Verbrauch am Abend vorhanden ist, resp. dass bei Tagen mit geringem Verbrauch auch am Folgetag Speicherkapazität für die PV-Produktion vorhanden ist. Die optimalen Parameter für das Peak Shaving, d.h. die beiden Grenzwerte für das leistungsstarke Laden oder Entladen sowie die Leistung für das schwache Laden und der zugehörige Zielwert sind stark von der Witterung und dem Verbrauch abhängig. In VEiN werden diese Parameter gelegentlich angepasst, um so eine energetisch optimale Nutzung der PV- Produktion für das MFH WBGZ zu erreichen. Diese Optimierung könnte automatisiert werden, wenn abhängig von der Wetterprognose für den Folgetag die jeweils vordefinierten entsprechenden Parametersätze im System aktiviert würden. Mit den aktuell eingesetzten Controllern für die Ansteuerung der Speicher ist dies nicht möglich. Eine entsprechende Applikation müsste entwickelt werden, was im Projekt VEiN aus zeitlichen und finanziellen Gründen jedoch nicht mehr realisierbar ist. In einem Folgeprojekt könnte dies jedoch eine Projektanforderung für eine Fachhochschule sein.

12 Tests und Netzelemente - 12 Wirkleistung bei KK Roberstenstrasse in Richtung TS Kreuzmatt (positiv = Rücklieferung, negativ = Bezug) kw kw % Bezug Rücklieferung Speicher laden Speicher entladen Laden bei grosser Rücklieferung Wirkleistung Speicher WBGZ (positiv = Entladung, negativ = Ladung) Ladezustand Speicher WBGZ (100% = 25 kwh) Entladen für Verbrauch im MFH WBGZ 06:30 08:30 10:00 12:30 18:00 23:00 Abbildung 10: Leistungsverläufe und Ladezustand für den Speicher WBGZ am

13 Tests und Netzelemente Regulierender Trafo Der erste Versuch in VEiN einen regulierenden Trafo, bei dem primärseitig die Stufenschaltungen mittels Leistungselektronik erfolgten, ist leider gescheitert. Dieser Prototyp von Rauscher & Stöcklin hat die Produktreife nicht erreicht und war somit für den Einsatz im Verteilnetz noch nicht geeignet. Aus einer zweite Evaluation für einen regulierenden Trafo ist ein Verteiltransformator von ABB mit einem Laststufenschalter GRIDCON itap hervorgegangen. Der primärseitig eingesetzte mechanische Laststufenschalter ist ein erprobtes Element des Lieferanten Maschinenfabrik Reinhausen (MR). Der regulierende Trafo von ABB wurde im Dezember 2016 geliefert und Mitte Januar 2017 in der TS Kreuzmatt als Trafo 2 in Betrieb genommen (Abbildung 11). Ab dem regulierenden Trafo wird das NS-Netz mit der Migros, dem Strang Hermann- Keller-Strasse und weiteren Verbrauchern gespeist. In diesem NS-Netz befinden sich auch die beiden PV-Anlagen Parkhaus und WBGZ, der Speicher im MFH WBGZ sowie mehrere Anschlussmöglichkeiten für den mobilen FU. Abbildung 11: regulierender Trafo ABB mit GRIDCON itap in der TS Kreuzmatt Mit der Steuerung des GRIDCON itap sind mehrere Betriebsarten für die Regulierung der Spannung möglich. Aktuell ist die Betriebsart «Spannungsregelung mit leistungsabhängiger Sollwertanpassung» aktiviert, die die Spannung auf der Trafosekundärseite in Stufen von 2.5%, d.h. ca. 10 V verkettet höher oder tiefer schaltet. Mit den aktuell eingestellten Parametern erfolgt lastabhängig werktags jeweils eine Tieferschaltung um ca. 22:10 Uhr und eine Höherschaltung um ca. 05:45 Uhr entsprechend Abbildung 12. Sekundärspannungen Trafo 1 (ohne Stufensteller) Sekundärspannungen Trafo 2 (mit Stufensteller GRIDCON itap) Tieferschaltung Trafo 2 Höherschaltung Trafo 2 05:45 22:10 Abbildung 12: Sekundärspannung Trafo1 (ohne Spannungsregelung) und Trafo 2 (mit Spannungsregelung)

14 Diplomarbeit auf der Plattform VEiN - 14 Die Steuerung des GRIDCON itap wird im Verlaufe des Jahres 2017 in das VEiN-Leitsystem integriert. Dadurch können weitere Betriebsarten des GRIDCON itap genutzt werden, so dass eine Spannungsregelung auf einen abgesetzten Messpunkt im NS-Netz, wie z.b. die Spannung bei der KK Roberstenstrasse erfolgen kann. Mit der Inbetriebnahme des regulierenden Trafos wurde festgestellt, dass das PLC-Signal im versorgten NS-Netz in einem unzulässigen Mass gedämpft wird. Als Ursache für diese Dämpfung konnte die Steuerung des GRIDCON itap lokalisiert werden. Möglicher Weise wird die Dämpfung durch die in der Steuerung verwendeten Netzgeräte verursacht. Die Abklärungen zur Behebung der Störung werden vom Lieferanten ABB / MR durchgeführt. 3 DIPLOMARBEIT AUF DER PLATTFORM VEIN In der Zeit von April bis September 2016 wurde das NS-Netz von VEiN mit den DEA sowie das Leitsystem von vier Absolventen der ABB Technikerschule Baden für eine Diplomarbeit genutzt. Die Aufgabenstellung lautete «Entwicklung einer Spannungsregelung für das NS-Netz Rheinfelden». Dabei ging es darum mit Zu- und Wegschalten von DEA, d.h. PV-Anlagen und BHKW s die Spannung in einem definierten Toleranzband zu halten. Dieses Toleranzband wurde bewusst enger gesetzt, als es von der Norm EN vorgegeben ist, um die Spannungsregelung mit Tests im Netz anwenden, überprüfen und optimieren zu können. Die Spannungsregelung wurde im VEiN-Leitsystem implementiert. Dabei wurde die Funktion «Verknüpfungen» genutzt, mit der abhängig von Messwerten im NS-Netz die DEA gesteuert werden können. Zur Steuerung der Spannungen im NS-Netz definierten die Diplomanden spannungsabhängige Schaltlevel für die PV-Anlagen und die BHKW s, die mittels Schalthysteresen (Abbildung 13) im VEiN-Leitsystem umgesetzt wurden. Abbildung 13: Schalthysteresen BHKW APH

15 Aktivitäten der BFH für VEiN - 15 Die Spannungsregelung entsprechend der Aufgabenstellung wurde mit der Umsetzung durch die Diplomanden erreicht. Die Regelungsalgorithmen müssen noch optimiert werden, so dass die Schalthäufigkeit, wie sie aus Abbildung 14 ersichtlich ist, reduziert wird. Abbildung 14: Einspeisewirkleistung der PVA Parkhaus Kurzentrum am mit häufigen Zu- und Abschaltungen von einzelnen Wechselrichtern zur Spannungsregelung Die Analyse der Auswirkungen der häufigen Schaltungen entsprechend Abbildung 14 auf die Kurzzeitflicker ergab, dass aufgrund der Schaltungen an diesem Tag keine Verschlechterung gegenüber andern Tagen, z.b. mit wechselhafter Bewölkung auftrat. 4 AKTIVITÄTEN DER BFH FÜR VEIN Die Berner Fachhochschule BFH Biel hat im Rahmen der wissenschaftlichen Begleitung das Projekt VEiN auch im Jahre 2016 unterstützt. Nebst der Teilnahme an den Tests mit der Durchführung von zusätzlichen Messungen wurden zu folgenden Themen Analysen durchgeführt und Berichte erstellt. 4.1 Überarbeitung der PQ-Auswertung VEiN Das von der BFH mit Unterstützung von VEiN entwickelte Auswerteprogramm PQoverview zur Verarbeitung von Massendaten im PQ-System wurde bezüglich der Funktionen erweitert und bedienerfreundlicher gestaltet, so dass es nun im TP Resultate zur Auswertung der grossen Menge an PQ-Messdaten von VEiN genutzt werden kann. Mit PQoverview können als Beispiele entsprechend Abbildung 1 von den einzelnen Spannungsqualitätsmerkmalen in Kombination mit den Messstellen Jahresübersichten (1) und Mehrjahresverläufe (2) sowie die Entwicklung einzelner Messwerte im Jahresvergleich (3) dargestellt werden.

16 Aktivitäten der BFH für VEiN - 16 (1) (2) (3) Abbildung 15: Funktionsübersicht von PQoverview Funktionsübersicht (Quelle: BFH Biel) 4.2 Korrelation zwischen Flicker und PVA Bei verschiedenen Messungen im Netz der TS Kreuzmatt in Rheinfelden konnte festgestellt werden, dass der Flickerwert bei der PVA Parkhaus Kurzentrum zusammen mit der Leistung ansteigt und auch wieder abfällt. Zudem weist der Flickerverlauf am Morgen und am Abend eine Spitze auf. Durch eine hochauflösende Messung mit Dewetron-Messgeräten zeigte sich, dass der Strom- Effektivwert der Wechselrichter regelmässige Peaks im Abstand von 2 Sekunden aufweist. Diese führen anschliessend zu Einbrüchen in der Spannung und schlussendlich zu einem erhöhten Flickerwert während des Tages. Bei der vertieften Betrachtung dieser Strom-Peaks konnte festgestellt werden, dass sie durch einen verzerrten Sinus entstehen. Zur Vermeidung dieser Verzerrung des Stromsinus muss ein Software-Update in der Wechselrichtersteuerung vorgenommen werden. Die Spitzen im Flickerverlauf am Morgen und am Abend sind bedingt durch starke Schwankungen des Stromes bei sehr geringer Einstrahlung. Mehrere Wechselrichter zeigen dieses Verhalten. Möglicherweise erreichen sie keinen stabilen Zustand, wenn der Strom sehr klein ist.

17 Aktivitäten der BFH für VEiN Unterstützung bei der Integration eines Längsreglers Während dem Test mit dem Längsregler LVRSys im August 2016 führte die BFH zusätzlich zu den festinstallierten Messgeräten weitere Messungen mit mobilen Geräten durch, so dass vertiefte Aussagen zur Spannungsregelung mit dem Längsregler (Abbildung 16) gemacht werden können. Abbildung 16: Spannungs- und Leistungsverläufe am Eingang (rot) und am Ausgang (grün) des Längsreglers (ESR) an einem sonnigen Tag mit grosser PV-Einspeisung (Quelle: BFH Biel) Der Vergleich der Eingangsspannung (rot) mit der Ausgangsspannung (grün) entsprechend dem gemessenen Beispiel in Abbildung 16 am Längsregler in Korrelation zum Verbrauch oder zur Rückspeisung zeigt, dass während eines Tages mehrere Stufenschaltungen mit dem Längsregler erfolgen. Morgens, wenn der Verbrauch im versorgten MFH WBGZ steigt, erfolgt eine Höherschaltung der Ausgangsspannung (2). Mit der Abnahme des Verbrauchs, resp. der Zunahme der Rückspeisung in Richtung Trafostation erfolgen zwei Tieferschaltung eine um ca. 08:30 Uhr (4) und eine mittags (5). Abends wenn die PV-Anlagen nicht mehr produzieren und der Verbrauch des MFH WBGZ wieder ansteigt erfolgt wiederum eine Höherschaltung (6). Die Spannungsanhebung durch die PV-Anlagen Parkhaus und WBGZ kann somit durch den ESR erfolgreich gedämpft werden. Die Spannungsverläufe zeigen auch, dass Stufenschaltungen im Unterwerk auf der MS-Seite erfolgt sind (1 und 3), ohne dass der Längsregler diese Schaltungen unmittelbar kompensiert hat, was sinnvoll ist.

18 Auswertung der PQ-Messungen Netzimpedanzmessungen während den Tests Die BFH Biel führte während den Tests jeweils auch Netzimpedanzmessungen in Funktion der Frequenz durch. Ein Beispiel davon ist in Kapitel 2.1 dargestellt. Mit Hilfe dieser frequenzabhängigen Netzimpedanzmessungen können zusätzliche Analysen zum Verhalten des NS- Netzes durchgeführt werden. 5 AUSWERTUNG DER PQ-MESSUNGEN Die Auswertung der grossen Datenmenge der PQ-Messungen erfolgt in mehreren Schritten. Mit der Software PQoverview werden für die einzelnen Spannungsqualitätskriterien nach EN 50160, wie den Effektivwert der Spannung, den Oberschwingungsgehalt der Spannungen, die Unsymmetrie der Spannung und die Flicker Jahresübersichten entsprechend Abbildung 17 erstellt. Aus diesen Jahresübersichten ist erkennbar bei welcher Messstelle im NS-Netz von VEiN und in welcher Woche im Jahr z.b. die Spannung einen hohen Wert erreicht hat. Im Beispiel ist die Spannungserhöhung (rot) in der KW 12/2015 beim BHKW Schulhaus Robersten klar zu erkennen. Abbildung 17: Jahresübersicht Spannung aus PQoverview bei den einzelnen Messstellen Die so erkannten Abweichungen der Spannungsqualitätsmerkmale vom üblichen Wert werden im Detail analysiert und einzelnen Ereignissen, die im NS-Netz VEiN aufgetreten oder verursacht wurden, zugewiesen. Das Ziel dabei ist, allfällige spontane Erhöhungen der entsprechenden Messwerte zu erkennen. Die Auswertung der PQ-Messungen für das Jahr 2015 konnte durchgeführt werden. Zu dieser Auswertung kann die Aussage gemacht werden, dass das NS-Netz der TS Kreuzmatt weder durch den Betrieb der DEA noch durch die Verbraucher oder durch die Tests oder Schalthandlungen negative Auswirkungen erfahren hat. Somit zeigte auch die Spannungsqualität des NS- Netzes keine markanten Verschlechterungen auf.

19 Ausblick Besonders mit Gewichtung auf die Betrachtung der Einhaltung der Grenzwerte nach EN kann gesagt werden, dass das NS-Netz allgemein unbeeindruckt und stabil auf den zusätzlichen Betrieb der DEA reagiert, sei es aufgrund von Tests oder spontanen Ereignissen oder der auf das Netz aufgeschalteten Verbraucher. Zusätzlich dazu konnte erkannt werden, dass die Qualität des Netzes, sprich die Spannungsqualität mit dem Betrieb einzelner DEA sogar verbessert werden konnte. Diese Tatsache hat sich eindeutig mit dem Betrieb der BHKW im Schulhaus Robersten und im APH und auch mit den Testläufen, welche im Jahr 2015 mit dem mobilen FU durchgeführt wurden, gezeigt. Dabei konnte hauptsächlich festgestellt werden, dass durch den Betrieb der BHKW und des mobilen FU die 3. Spannungsharmonische und somit auch Gesamtoberschwingungsgehalt THDu deutlich reduziert werden konnten. Die PQ-Messungen der Jahre 2016 und 2017 werden auf dieselbe Art ausgewertet. 6 AUSBLICK 2017 Für das Jahr 2017 sind in VEiN die folgenden Aktivitäten vorgesehen: - Die Funktionalität des regulierenden Trafos wird erweitert, so dass die Spannungsregelung auf abgesetzte Messpunkte im NS-Netz erfolgen kann. - Mit dem regulierenden Trafo werden Tests mit unterschiedlichen Funktionen zur Spannungsregelung durchgeführt. In diese Tests werden sämtliche dezentralen Einspeisungen, die PV-Anlagen Parkhaus, WBGZ und APH, die beiden BHKW Schulhaus Robersten und APH sowie der mobile FU miteinbezogen. - Der Betrieb der elektrischen Speicher wird weiterhin optimiert, so dass aus energetischer und technischer Sicht eine optimale Nutzung der mit PV-Anlagen erzeugten elektrischen Energie erfolgt. - Die PQ-Daten der Jahre 2016 und 2017 werden ausgewertet und analysiert. - Der VEiN-Schlussbericht per Ende 2017 wird bis zur Gesellschafterversammlung 2018 erstellt. Mit einer weiteren Nutzung der Infrastruktur von VEiN nach Ende 2017 können folgende Projekte, die aus den Erkenntnissen der Aktivitäten im Jahre 2016 hervorgehen, angegangen werden: - Für die Bewirtschaftung der elektrischen Speicher soll eine Applikation entwickelt werden, die basierend auf der kurzzeitigen Wetterprognose für den folgenden Tag die Parameter für die Speicherladung und die Speicherentladung anpasst. - Der im Jahre 2016 entwickelte Regelalgorithmus im Rahmen der Diplomarbeit soll optimiert werden, so dass die Schalthäufigkeit reduziert wird.