Alle Angaben sind trotz sorgfältiger Bearbeitung ohne Gewähr - Haftung ausgeschlossen. Urheberrecht und Copyright: Sämtliche Rechte vorbehalten.

Transkript

1 Alle Angaben sind trotz sorgfältiger Bearbeitung ohne Gewähr - Haftung ausgeschlossen. Urheberrecht und Copyright: Sämtliche Rechte vorbehalten. Der nicht anders gekennzeichnete Inhalt dieser Präsentation bzw. Dokumente(s) (Texte, Bilder, Grafiken, Animationen usw.) unterliegt dem Urheberrecht und den Gesetzen zum Schutze geistigen Eigentums. Der Inhalt darf weder insgesamt noch in Teilen ohne vorherige ausdrückliche Genehmigung von Fronius für private oder für kommerzielle Zwecke verwendet, kopiert oder verändert werden.

2 Smart Grids: Fronius Pilotprojekte zur Netzintegration Referent: Thomas Wenner Fronius Deutschland GmbH Tel Projetleiter Christoph Winter Fronius International GmbH Sparte Solarelektronik PV Systemtechnik Froniusplatz Wels

3 Inhalt / Motivation / Treiber für neue Features / Aktive Netzstützung durch Fronius Wechselrichter / Forschungsprojekte (Auswahl) / Conclusio

4 Motivation 4

5 Smart Grid anno 1912

6 Quelle: Chronik der Gemeinde Flachau

7 Quelle: Chronik der Gemeinde Flachau

8 Smart Grid anno 1912 Erkenntnisse Netzaspekte (kw): Energieaspekte (kwh): / Spannungshaltung (Inselnetz) / Stromliefervertrag / Frequenzstabilität (Inselnetz) / Verbrauchserfassung / Demand Side Management / Abrechnung / Stromnetz + Kommunikation = Smart Grid / Dezentraler, zellulärer Versorgungsansatz

9 2012+: Netzintegration einer hohen Dichte an PV-Anlagen

10 Treiber für neue Features Aspekte der Stromaufbringung Aspekte des Netzbetriebs

11 Treiber für neue Features (1): Stromaufbringung / Eine hohe Dichte an PV-Anlagen senkt die Spitzenleistung konventioneller Erzeugung / Diagramm: Stromerzeugung in Deutschland von 21. bis 27. Mai 2012 / Solar: max. 22,4 GW 1,1 TWh / Wind: max. 9,1 GW 0,7 TWh / Konventionell: max. 47,0 GW 6,1 TWh

12 Treiber für neue Features (2): Netzbetrieb / Spannungshaltung / Überlastung / Frequenzstabilität / Stabilität bei Kurzschlüssen im Netz / Dynamisches Verhalten /

13 Treiber für neue Features (2a): Spannungshaltung Mittelspannung Mittelspannung/ Niederspannung Transformator Verbraucher am Einspeisepunkt Verbraucher am Einspeisepunkt Verbraucher am Einspeisepunkt Verbraucher am Einspeisepunkt +10 % +5 % VN -5 % -10 % 13

14 Treiber für neue Features (2b): Spannungshaltung Mittelspannung Mittelspannung/ Niederspannung Transformator Generator am Einspeisepunkt Generator am Einspeisepunkt Generator am Einspeisepunkt Generator am Einspeisepunkt +10 % +5 % VN -5 % -10 % 14

15 Aktive Netzstützung Begrenzung der Wirkleistungseinspeisung Blindleistungsaustausch

16 Beeinflussung der der Wirkleistungseinspeisung / Abregelung (Derating) / Lokale Regelung in Abhängigkeit von Netzspannung und -frequenz / Fernsteuerung durch den Netzbetreiber / Energiemanagement (Eigenverbrauch) / Batterie- oder Langzeitspeicher PV generation charging of battery energy import from the grid export to the grid on-site consumption of PV power load discharging of battery 12 pm 6 am 12 noon 6 pm 12 pm

17 Blindleistungsregelung (1) U X UR U Z U um die Netzspannung zu beeinflussen. R G X G X I UV I WR UNetz U Netz U V P AC ~ = P DC

18 Blindleistungsregelung (2) U X UR X U Z U um die Netzspannung zu beeinflussen. R G X G X I UV I WR UNetz UUG Netz. U UPCC V. P AC ~ = P DC

19 Blindleistungsregelung (2) U X UR X U Z U um die Netzspannung zu beeinflussen. R G X G X I UV I WR UNetz UUG Netz. U UPCC V. P AC ~ = P DC / Vorteil: Keine Ertragseinbußen / Nachteil: Begrenzte Wirksamkeit

20 Blindleistungsregelung (3) cos phi = / Wirksamkeit je nach elektrischer Charakteristik des Netzes (R-zu-X-Verhältnis) / Kompensation der Spannungsanhebung im Niederspannungsnetz durch Blindleistung: / etwa 50% / etwa 35% / bei R/X = 1,0 / bei R/X = 1,4 / und cos phi = 0,9 untererregt / und cos phi = 0,9 untererregt 2-fache Einspeiseleistung möglich 1,5-fache Einspeiseleistung möglich

21 Blindleistungsregelung (4) / Möglichkeiten lokaler Regelung / cos(φ) = konstant Q rel = 100% (übererregt) 60% / cos(φ) = f(p) U/U Nenn / Q = f(u) / Kombinationen Q(U) & P(U) Kombination 0,8 0,9 0,93 1,0 1,1 1,07 1,13 1,2 Q = f(u) & P = f(u) Q rel = -100% (untererregt) -60% -100% P/P momentan

22 Intelligente Wechselrichter: Advanced Grid Features (AGF) / Lokale Regelung / Mit oder ohne Fernkommunikation zu einem übergeordneten System / Beitrag zur Spannungshaltung / Ziel: Erhöhung der integrierbaren PV-Dichte / Lokal messbare Größen / Leistung / Spannung / Frequenz / Regelgrößen / Wirkleistung (phasengenau) / Blindleistung (phasengenau) Fronius IG Plus V

23 Forschungsprojekte 23

24 Iterative Konzeptentwicklung (Regelung) Entwicklung HW, SW, Schnittstellen Co-Simulation, Labortests und Adaptierungen Design und Durchführung von Feldtests Validierung, wirt. & rechtl. Analysen Forschungsprojekt DG DemoNet Smart LV Grid Control concepts for active low voltage operation with a high share of distributed energy resources Laufzeit: Projektpartner: Industrie, Forschung, Netzbetreiber 24

25 Projektkonsortium

26 Drei Feldtestgebiete Smart LV Grid Konzepte Planung, Monitoring und Regelung Geplante PV-Leistung: > 700 kw P PV-Anlagen auf jedem 2. Dach Feldtestgebiet (Beispiel) ein Abschnitt im ländlichen Niederspannungsnetz ecars für jedes 2. Haus Quelle: Salzburg AG Validierung von Lösungen für zukünftige Probleme

27 Projektansatz: DG DemoNet Smart LV Grid Quelle: Energie AG Oberösterreich / Intelligente Planung basierend auf intelligentem Monitoring (Smart Meters) / Intelligente Spannungsregelung am Ortsnetz-Transformator / Intelligente Wirk- und Blindleistungsregelung am Fronius Wechselrichter / Regelung der Verbraucher (ecars)

28 Stufen der Regelung im Projekt Smart LV Grid / Stufe 0: Keine Regelung / Stufe 1: Lokale Regelkreise / Stufe 2: Lokale Regelkreise mit dezentralen Messwerten / Stufe 3: Koordinierte Fernregelung

29 Stufe 0: Keine Regelung Fronius IG Plus Wechselrichter Ortsnetztransformator Stromnetz

30 Stufe 1: Lokale Regelkreise Fronius IG Plus Wechselrichter mit konfigurierbaren Kennlinien z.b. Q = f(u) z.b. cos phi = f(p) Regelbarer Ortsnetztrafo mit lokalen Messungen (U, I) Stromnetz

31 Stufe 2: Stufe 1 + dezentrale Messwerte Siemens AMIS PLC-Datenkonzentrator & Low Voltage Grid Controller Fronius IG Plus Wechselrichter mit konfigurierbaren Kennlinien z.b. Q = f(u) z.b. cos phi = f(p) Siemens AMIS Smart Meter Regelbarer Ortsnetztrafo Stromnetz AMIS-PLC dezentrale Messwerte, z.b. U,

32 Stufe 3: Koordinierte Fernregelung Siemens AMIS PLC-Datenkonzentrator & Low Voltage Grid Controller Siemens AMIS Gateway Fronius IG Plus Wechselrichter mit fernkonfigurierbaren Kennlinien z.b. Q = f(u) z.b. cos phi = f(p) Basistechnologie: Fronius IG Plus V Regelbarer Ortsnetztrafo Siemens AMIS Smart Meter Stromnetz AMIS-PLC Stromnetz AMIS-PLC RS485 Modbus (Sunspec Alliance) Basistechnologie: Fronius Modbus Card Sollwerte und Kennlinien individuell je Anlage Fronius DG DemoNet Card Messwerte (z.b. U, ) und Statusinformation

33 Gesamtdarstellung Siemens AMIS PLC-Datenkonzentrator & Low Voltage Grid Controller Siemens AMIS Gateway Fronius IG Plus Wechselrichter mit fernkonfigurierbaren Kennlinien z.b. Q = f(u) z.b. cos phi = f(p) Fronius Datalogger Web Regelbarer Ortsnetztrafo Siemens AMIS Smart Meter Stromnetz AMIS-PLC Stromnetz AMIS-PLC RS485 Modbus (Sunspec Alliance) RS422 SolarNet LAN, WLAN Sollwerte und Kennlinien, z.b. cos phi, Q = f(u) Fronius DG DemoNet Card Softwareupdates für Wechselrichter Messwerte (z.b. U, ) und Statusinformation Anlagenüberwachung, Logdaten (SolarWeb, SolarAccess)

34 Zusammenfasssung: Koordinierte Spannungsregelung / Optimierung des gesamten Niederspannungsnetzes in der Feldtestregion mittels ferngesteuerter Beeinflussung der lokalen Regelungen (mehr als Einspeisemanagement ) / Ferngesteuerte Wirkleistungsreduktion (P) / Nur in Notsituationen / Seltene minimale Wirkleistungsreduktion besser als Schutzabschaltung / Bei spannungsabhängiger Regelung phasengenau / Ferngesteuerte Blindleistungsregelung (Q) / Optimierung des Niederspannungsnetzbetriebs (Spannungsband, Blindleistungshaushalt) / Keine Ertragseinbußen / Bei spannungsabhängiger Regelung phasengenau

35 Forschungsprojekte 35

36 DoE Funding Project: Smart Grid Inverters for High- Penetration Photovoltaic Applications US-Forschungsprojekt ähnlich dem Konzept von DG DemoNet Smart LV Grid Laufzeit: Projektpartner: Fronius USA, Silver Spring Networks, SolarCity, Oklahoma Gas & Electric, University of Hawaii 36

37 Weitere Forschungsinitiativen 37

38 Weitere Forschungsinitiativen (Auswahl) / Kooperation mit Projekt zur optimierten Spannungshaltung von Vorarlberger Energienetze und TU München / Kooperation mit Forschungsprojekt IRENE im Netz der Allgäuer Überlandwerke / Geplantes Forschungsprojekt zur optimalen Netzintegration von PV und Batteriespeicher / Geplante Forschungsaktivitäten im Bereich der dynamischen Netzstabilität (Stichworte: Synchrongeneratorverhalten, Virtual Inertia) / More to come

39 Zusammenfassung 39

40 Was gibt es an neuen Entwicklungen? P(U)-Regelung Netzspannungsabhängige Wirkleistungsreduktion Firmware für Fernregelung Erweiterte Q-Regelung Verbesserte Stabilität durch optimierte Gradienten, Mittelungsverfahren, Änderungsund Rückkehrgeschwindigkeiten IG Brain 2.0 für IG Plus V Entwickelt für erweiterte Regelungsfunktionen und Betriebsbereiche Dynamische Rekonfiguration von Betriebsparametern im laufenden Einspeisebetrieb Fronius DG Demo Net Card Schnittstellenkarte für die Fernregelung, Modbus, Protokoll angelehnt an SunSpec Alliance, Hardware basierend auf Fronius Modbus Card

41 Zusammnefassung / Erweiterte Wechselrichterfähigkeiten Advanced Grid Features (AGF) ermöglichen die Netzintegration höherer PV-Dichten. / Unterschiedliche Netze (Länder) können verschiedene optimale Regelungen haben. / Fronius ist beim Thema Netzintegration in kooperative Forschungsprojekten involviert. / Fronius Wechselrichter sind geeignet für einen intelligenten Einsatz im Smart Grid. / Und

42 Paradigmenwechsel / Von Netzbetreibern werden PV-Anlagen manchmal noch als Troublemaker angesehen / intelligente PV-Wechselrichter werden jedoch Troubleshooter im zukünftigen Netz sein.

43 Alle Angaben sind trotz sorgfältiger Bearbeitung ohne Gewähr - Haftung ausgeschlossen. Urheberrecht und Copyright: Sämtliche Rechte vorbehalten. Der nicht anders gekennzeichnete Inhalt dieser Präsentation bzw. Dokumente(s) (Texte, Bilder, Grafiken, Animationen usw.) unterliegt dem Urheberrecht und den Gesetzen zum Schutze geistigen Eigentums. Der Inhalt darf weder insgesamt noch in Teilen ohne vorherige ausdrückliche Genehmigung von Fronius für private oder für kommerzielle Zwecke verwendet, kopiert oder verändert werden.